DE102016121841A1

DE102016121841A1 - Auftragsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016121841A1
Application number: DE102016121841.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Korber; Daniel Kun; Michael Kaiser
Original assignee: Audi AG; Voith Patent GmbH
Current assignee: Audi AG; Voith Patent GmbH
Priority date: 2016-11-15
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2018-05-17

Abstract

Auftragsvorrichtung zum Auftragen von Kunststoff-Matrixmaterial (9) auf ein Faserhalbzeug (10), aufweisend einen Mischkopf (1) mit einer Düse (2) und mehrere Verteilleitungen (3), welche mit einem Ende an der einen Düse (2) angeschlossen sind, wobei die jeweiligen weiteren Enden (4) so ausgebildet sind, dass Matrixmaterial (9) auf ein Faserhalbzeug (10) aufgebracht werden kann, wobei eine Auftragseinheit (5) vorhanden ist, die als gemeinsame Halterung ausgeführt ist, an der die weiteren Enden (4) der Verteilleitungen befestigt sind, wobei die Verteilleitungen (3) und die gesamte Vorrichtung so ausgeführt sind, dass aus jedem weiteren Ende (4) im Wesentlichen die gleiche Menge an Matrixmaterial (9) aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen von Kunststoff-Matrixmaterial auf ein Faserhalbzeug, aufweisend einen Mischkopf mit einer Düse und mehrere Verteilleitungen, welche mit einem Ende an der einen Düse angeschlossen sind, wobei die jeweiligen weiteren Enden so ausgebildet sind, dass Matrixmaterial auf ein Faserhalbzeug aufgebracht werden kann.
In EP 2447049 A1 ist ein Verfahren und ein Aggregat zum Auftragen von Harz auf ein Faserhalbzeug beschrieben. Nach dem Harzauftrag wird das Faserhalbzeug in einer RTM-Presse verfestigt. Das Harz wird hierbei über einen beweglichen Sprühkopf flächig verteilt aufgebracht, wobei die lokale Auftragsmenge gemäß der lokal gewünschten Bauteilmenge dosiert wird. Nachteilig ist hierbei die aufwändige Steuerung für Sprühmenge und Position des Sprühkopfes. Oftmals werden zur Positionierung teure Roboterarme verwendet. In einer weiteren Ausführung wird mit mehreren Sprühköpfen gearbeitet. Dabei wird je Sprühkopf unterschiedlich viel Harz aufgetragen, wobei die Menge wiederum angepasst wird an die lokal gewünschte Bauteildicke. Die lokal unterschiedliche Harzdosierung über mehrere Sprühköpfe erfordert allerdings eine aufwändige Steuerung und zahlreiche Ventile, was die Vorrichtung teuer und anfällig macht.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine einfachere und zuverlässigere Auftragsvorrichtung zu entwickeln, die dennoch eine flächige Verteilung des Auftrages ermöglicht.
Die Aufgabe für die Vorrichtung wird erfindungsgemäß durch eine Auftragsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Vorrichtung zusätzlich verbessern, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Auftragseinheit vorhanden ist, die als gemeinsame Halterung ausgeführt ist, an der die weiteren Enden der Verteilleitungen befestigt sind, wobei die Verteilleitungen und die gesamte Vorrichtung so ausgeführt sind, dass aus jedem weiteren Ende im Wesentlichen die gleiche Menge an Matrixmaterial aufgebracht wird. Dadurch wird eine besonders einfache und zuverlässige Regelung möglich, da weder einer oder mehrere einzelne Auftragsköpfe bewegt werden müssen, noch die Auftragsmenge einzelner Sprühköpfe geregelt werden muss. Die Steuerung der Auftragsmenge erfolgt ausschließlich über die eine Düse am Mischkopf. Und über die als gemeinsame Halterung ausgebildete Auftragseinheit können gegebenenfalls alle weiteren Enden der Verteilleitungen gemeinsam bewegt und in die gewünschte Auftragsposition werden. So ist eine gut reproduzierbare und gut kontrollierbare Prozessführung möglich. Aufgrund der über der Fläche verteilten Aufbringung des Matrixmaterials ist eine größere Auftragsmenge pro Zeiteinheit möglich und somit eine kürzere Taktzeit bei einer Serienfertigung. Durch die Verteilung auf mehrere Auftragsstellen kann insbesondere eine größere Matrixmaterialmenge aufbracht werden, ohne dass zu starkes Verlaufen oder unerwünschtes Verdrücken im nachfolgenden Pressvorgang zu befürchten ist.
Insbesondere ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass sie als Kunststoff-Matrixmaterial beispielsweise Duromere, insbesondere Epoxyharz oder Polyurethan, oder Thermoplaste verarbeiten kann.
Das Faserhalbzeug besteht bevorzugt aus Kohlenstofffasern oder Glasfasern, welches mit Bindermaterial fixiert sein kann.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Auftragseinheit eine Oberfläche mit den Enden der Verbindungsleitungen aufweist, die im Wesentlichen entsprechend der Form eines einzulegenden Faserhalbzeuges folgend ausgebildet ist. Dadurch wird ein gleichmäßig verteilter konturnaher Auftrag ermöglicht.
Bevorzugt sind die Verteilleitungen derart angeordnet, dass die weiteren Enden im Wesentlichen gleichmäßig über die Fläche der Auftragseinheit verteilt positioniert sind. Das kann insbesondere in Reihen im Rechteckraster oder als versetzte Reihen oder im Dreiecksraster ausgeführt sein. Je mehr Auftragsstellen und je gleichmäßiger die Positionen der Auftragsstellen verteilt sind, umso größere Auftragsmengen können damit fehlerfrei und mit hoher Taktrate aufgebracht werden.
Insbesondere kann eine Transporteinheit vorhanden sein, die Greifer zur Aufnahme und Fixierung eines Faserhalbzeuges aufweist. Durch die Transporteinheit ist zum einen die Positionierung des Faserhalbzeuges für den zuverlässigen Auftrag des Matrixmaterials möglich. Und zum anderen kann das Faserhalbzeug vom vorherigen Prozessschritt zum nachfolgenden Prozessschritt beispielsweise in das Formwerkzeug transportiert werden. Es ist auch denkbar dass der Matrixauftrag mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im geöffneten Formwerkzeug erfolgt.
Zusätzlich kann die Auftragseinheit mit der Transporteinheit fest verbunden sein, wobei immer wieder neue Faserhalbzeuge mit den Greifern in der Transporteinheit aufgenommen werden. Alternativ kann die Auftragseinheit an einem Roboter befestigt sein, so dass sie zum Auftrag entsprechend positioniert werden kann.
Um ein unerwünschtes Verlaufen des Matrixmaterials können eine oder mehrere Kühleinheiten vorgesehen werden, die geeignet sind, das Matrixmaterial während oder nach dem Austritt aus dem weiteren Ende der Verteilleitungen zu kühlen. Insbesondere bei stark dreidimensional ausgeprägten oder schrägen Oberflächen des Faserhalbzeuges ist das von Vorteil. Besonders geeignet sind Kühleinheiten, die mit Luft als Kühlmedium arbeiten. Dadurch ist die Kühlleistung sehr gut zu steuern und kann sehr gezielt eingesetzt werden. Insbesondere ist an jedem weiteren Ende somit an jeder Verteilleitungen eine Kühleinheit vorhanden. Damit kann das gesamte Matrixmaterial beim Auftragen gekühlt werden. Je nach Bauteilform ist es genauso möglich, nur an besonders notwendigen Positionen Kühleinheiten vorzusehen.
Um eine hohe Auftragsmenge und eine besonders gleichmäßige Verteilung zu erreichen ist es vorteilhaft, mindestens 6 bevorzugt mindestens 10 Verteilleitungen vorzusehen.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.

1 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung

Nachfolgend wird die Figur detaillierter beschrieben. Die in 1 dargestellte Auftragsvorrichtung weist den Mischkopf 1 und die Düse 2 auf. An der Düse 2 sind mehrere Verteilleitungen 3 befestigt, deren weitere Enden 4 an der Auftragseinheit 5 befestigt sind. Die Verteilleitungen 3 und deren weitere Enden 4 sind so gestaltet, dass Matrixmaterial 9 auf das aufgespannte oder drapierte Faserhalbzeug 10 aufgebracht werden kann. Der Auftrag erfolgt punktuell an mehreren Stellen über der Fläche verteilt, wobei die Verteilleitungen 3 und die gesamte Vorrichtung so ausgeführt sind, dass aus jedem weiteren Ende 4 im Wesentlichen die gleiche Menge an Matrixmaterial 9 aufgebracht wird.
Das Faserhalbzeug 10 wird durch die Greifer 7 in der Transporteinheit 8 gehalten. In 1 ist eine dreidimensionale Form des Faserhalbzeuges10 dargestellt, für die sich die erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung besonders gut eignet. Die Auftragseinheit 5 ist an die Kontur des dreidimensionalen Faserhalbzeuges 10 angepasst, so dass ein optimal verteilter Auftrag des Matrixmateriales 9 möglich ist. Dadurch wird ein Harzverlaufen oder eine unerwünschte Harzansammlung auf dem Faserhalbzeug vermieden. Sowohl für den Harzauftrag als auch für das anschließende Verpressen des Bauteils wird so eine kontrollierte und reproduzierbare Prozessführung möglich.
Die schematische Darstellung zeigt aus Vereinfachungsgründen nur eine Reihe von Verteilleitungen 3 mit weiteren Enden 4. In der realen Ausführung sind die Verteilleitungen 3 und ihre weiteren Enden 4 bevorzugt in der Fläche verteilt oder in mehreren Reihen angeordnet an der Auftragseinheit 5 befestigt, um einen verteilten flächigen Auftrag zu ermöglichen. Je mehr Verteilleitungen 3 vorgesehen sind, umso homogener kann die Verteilung des Harzauftrages erfolgen.
So ist im Vergleich zu Vorrichtungen, die nur einen Harzauftrag an einer Stelle ermöglichen- beispielsweise mit einem Sprühkopf oder mit einer Breitschlitzdüse, eine relativ gleichmäßige Verteilung der Harzmenge möglich. Und im Vergleich zum Harzauftrag mit einem beweglichen Auftragskopf ist eine höhere flächige Auftragsmengen und dadurch eine viel kürzere Taktzeit und damit eine höhere Taktrate möglich. Durch das flächige Verteilen des Matrixmaterials mit Hilfe der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung kann auf eine aufwändige robotergesteuerte Bewegung einer Düse über das Faserhalbzeug hinweg verzichtet werden. Die höhere Taktrate ist ein enormer Vorteil insbesondere bei der Herstellung von Serienteilen.
Um ein Verlaufen des Harzes noch weiter zu verhindern, kann an einer oder an mehreren Austrittsöffnungen oder an einem oder an mehreren Enden 4 der Verteilleitungen eine Kühleinheit 6 vorgesehen werden. Durch das Kühlen wird das Matrixmaterial zäher und verbleibt an der Auftragsstelle. Insbesondere bei nicht waagrechten Flächenabschnitten ist das von Vorteil.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Faserhalbzeug 10 bereits mit Hilfe der Transporteinheit 8 in ein nicht dargestelltes Formwerkzeug eingelegt wird und dort oder während des Einlegens das Matrixmaterial mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgebracht wird.
Bezugszeichenliste

1: Mischkopf
2: Düse
3: Verteilleitung
4: weiteres Ende der Verteilleitung
5: Auftragseinheit
6: Kühleinheit
7: Greifer
8: Transporteinheit
9: Kunststoff-Matrixmaterial
10: Faserhalbzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2447049 A1 [0002]

Claims

Auftragsvorrichtung zum Auftragen von Kunststoff-Matrixmaterial (9) auf ein Faserhalbzeug (10), aufweisend einen Mischkopf (1) mit einer Düse (2) und mehrere Verteilleitungen (3), welche mit einem Ende an der einen Düse (2) angeschlossen sind, wobei die jeweiligen weiteren Enden (4) so ausgebildet sind, dass Matrixmaterial (9) auf ein Faserhalbzeug (10) aufgebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auftragseinheit (5) vorhanden ist, die als gemeinsame Halterung ausgeführt ist, an der die weiteren Enden (4) der Verteilleitungen befestigt sind, wobei die Verteilleitungen (3) und die gesamte Vorrichtung so ausgeführt sind, dass aus jedem weiteren Ende (4) im Wesentlichen die gleiche Menge an Matrixmaterial (9) aufgebracht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinheit (5) eine dreidimensionale Oberfläche mit den Enden (4) der Verbindungsleitungen aufweist, die im Wesentlichen entsprechend der Form eines einzulegenden Faserhalbzeuges (10) folgend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilleitungen derart angeordnet sind, dass die weiteren Enden (4) im Wesentlichen gleichmäßig über die Fläche der Auftragseinheit (5) verteilt positioniert sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Transporteinheit (8) vorhanden ist, die Greifer (7) zur Aufnahme und Fixierung eines Faserhalbzeuges (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinheit (5) mit der Transporteinheit (8) fest verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinheit (5) an einem Roboter befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Kühleinheiten (6) vorhanden sind, die geeignet sind, das Matrixmaterial (9) während oder nach dem Austritt aus dem weiteren Ende (4) der Verteilleitungen zu kühlen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinheit (6) mit Luft als Kühlmedium arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass an jedem weiteren Ende (4) eine Kühleinheit (6) vorhanden ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 6 bevorzugt mindestens 10 Verteilleitungen (3) vorgesehen sind.