-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Legevorrichtung zum Legen von Tapes nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie auf ein Legeverfahren zum Legen von Tapes zum Aufbau eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile nach dem Oberbegriff des Anspruch 7.
-
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium.
-
Die automatisierbare Herstellung der Preform stellt eine Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität dar. Aber auch bei sogenannten Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser-Halbzeugen verpresst werden um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll.
-
Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Faser-Halbzeuge wie Fasergewebe oder Fasergelege verwendet, welche mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägniert sind. Ferner können Fasergewebe auch mit pulverförmigen Kunststoff infiltriert werden oder aus einem Mischgarn mit einem Anteil an thermoplastischen Fasern hergestellt werden, deren thermoplastischer Anteil bei der weiteren Verarbeitung aufgeschmolzen wird und die Matrix bildet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).
-
Als Matrix-Werkstoffe können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste und ggf. zusätzliche elastifizierende Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Chemikalienbeständigkeit unterscheiden.
-
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden beispielsweise in einem Schneidprozess Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollflächig auskleiden.
-
Alternativ können endlosfaserverstärkte Bauteile auch über Faser- oder auch als Tape-Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw. verschnittfrei und damit ressourceneffizienter hergestellt werden. Speziell die Verwendung von Tapes aus thermoplastischen Endlosfasern erweist sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Mit einem „Tape“ ist im Zusammenhang vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Material, insbesondere ein Prepregmaterial, das beispielsweise eine Breite zwischen 30 und 200 mm aufweist, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepegmaterial“ sind vorliegend insbesondere Faser-Garne (Rovings), Faser-Gelege und/oder FaserGewebe gemeint, welche mit einer Matrix, beispielsweise einer Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind. Bei den „Fasern“ handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, ist aber in gleicher Weise auch für Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern oder auch Naturfasern anwendbar. Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese mittels Tapelegevorrichtungen, insbesondere auch sogenannte Fibre-Placement-Vorrichtungen, von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden. Beispielhafte Tapelegevorrichtungen sind beispielsweise aus den Dokumenten
WO 2014/083196 A1 und
US 8,048,253 B2 bekannt.
-
Neben einem prozesssicheren Legeprozess ist jedoch auch die Thematik der Qualitätssicherung von Bedeutung, insbesondere im Hinblick auf eine serielle Produktion von Bauteilen mittels Tapelegevorrichtungen. Aus der
DE 10 2013 104 546 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Fehlstellen von, auf einer Oberfläche abgelegten Faserhalbzeugen bekannt, wobei ein Höhenprofil der Halbzeugoberfläche des abgelegten Halbzeuges ermittelt wird und Fehlstellen durch eine Bildauswerteeinheit ermittelt werden. Aus der
DE 10 2016 101 961 A1 ist eine Sensoreinrichtung zum Detektieren von Materialfehlern während des Ablegens in Abhängigkeit von der Breite einer Faserendlosmaterials auf einem Werkzeug bekannt. Aus der
EP 1 503 206 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung von Defekten oder Fremdkörpern auf einer gelegten Faserverbundstruktur bekannt, wobei die Faserverbundstruktur mittels Hell- und Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet und eine Kamera die Reflektionen an der Faserverbundstruktur aufnimmt und Fehler auf Grund unterschiedlicher Reflektionen an den Fehlstellen und/oder Fremdkörpern erkannt werden. Mit den bekannten Verfahren lassen sich Defekte und andere Fehler gut erkennen und die Qualitätssicherung sicherstellen.
-
Allerdings erfolgt bei den bekannten Verfahren die Erkennung von Fehlern, insbesondere Fehlern im abgelegten Faserstrang oder Tape, erst nachdem dieses auf der Form oder dem Tisch abgelegt wurde. Das fehlerbehaftete Tape kann nach dem Ablegen auf der Struktur meist nicht mehr entfernt oder einer Reparatur unterzogen werden, so dass die komplette, bereits gelegte Faserstruktur als Ausschuss aus dem Produktionsprozess ausgeschleust wird.
-
Als Fehler in einem Tape oder Bandmaterial, welche zu Tapes verarbeitet wird, können beispielsweise Risse oder Fehlstellen wie Löcher im Material selbst oder Brüche des Materials, welche die Länge der bevorzugt unidirektionalen Fasern im Tape oder Bandmaterial begrenzen, gesehen werden. Weiter können aber auch Krümmungen der Kanten des Tapes oder Bandmaterials, Aufwölbungen oder Lagendoppelungen als Fehler im Tape oder Bandmaterial erachtet werden.
-
Daher ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Legevorrichtung und ein Legeverfahren anzugeben, mittels welcher Fehler in Tapes frühzeitig erkannt werden können.
-
Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Legevorrichtung und ein Legeverfahren anzugeben, mittels welcher der Ausschuss an fehlerbehafteten Faserverbundstrukturen, insbesondere an halbfertigen Faserverbundstrukturen, reduziert wird.
-
Diese und weitere Aufgaben werden gelöst durch eine Legevorrichtung zum Legen von Tapes und eine Legeverfahren zum Legen von Tapes wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
-
Als eine erste Lösung wird eine Legevorrichtung zum Legen von Tapes angeben, mit einer Zuführungseinrichtung zum Zuführen zumindest eines Tapes oder Bandmaterial zu einer nachgeordneten Legeeinrichtung , welche zum Aufnehmen von zugeführten Tapes und Platzieren der Tapes auf einem Legetisch angeordnet ist, wobei vor und/oder in der Legeeinrichtung eine Überprüfungseinrichtung zum Überprüfen auf Fehler im und/oder am Tape und/oder Bandmaterial angeordnet ist.
-
Die vorliegende Erfindung zeichnet aus, dass eine Steuervorrichtung angeordnet ist, welche die Legeeinrichtung und/oder Zuführungseinrichtung in Abhängigkeit von der Überprüfungseinrichtung derart steuert, dass fehlerbehaftete Tapes oder Teile davon aus der Legevorrichtung ausgeschleust werden.
-
Durch die Anordnung einer Überprüfungseinrichtung zum Überprüfen der Tapes oder des Bandmaterials vor und/oder in der Legeeinrichtung können fehlerbehaftete Tapes oder fehlerbehaftetes Bandmaterial frühzeitig vor dem Ablegen auf einer bereits existierenden Faserverbundstruktur erkannt werden. Der Ausschuss wird somit auf das einzelne fehlerbehaftete Tape oder Bandmaterial-Abschnitt begrenzt, eine bereits gelegte Faserverbundstruktur kann weiter verwendet und weitere fehlerfreie Tapes darauf abgelegt werden. Mittels der Steuervorrichtung kann der aktuell geplante Ablegeprozess in Abhängigkeit von einem Signal der Überprüfungseinrichtung unterbrochen werden und fehlerbehaftete Tapes noch vor dem Ablegen ausgeschleust werden.
-
Der Ausschuss an hochwertigem Tape-Material wird somit deutlich reduziert, da auf bereits gelegte Faserverbundstrukturen keine fehlerbehafteten Tapes abgelegt werden und die bereits gelegte Faserverbundstruktur aussortiert werden muss.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet aus, dass die Legevorrichtung weiter eine Materialzufuhreinheit sowie eine Schneideinrichtung umfasst, wobei mittels der Materialzufuhreinheit ein Bandmaterial der Zuführungseinrichtung zugeführt wird und in der Schneideinrichtung ein Ablängen des Bandmaterials zu Tapes erfolgt. Durch das Zuführen von Bandmaterial können die Tapes mittels der Schneideinrichtung auf das gewünschte Maß abgelängt werden. Zudem erlaubt diese Art der Zuführung auch das Ausschneiden von fehlerbehafteten Stellen direkt aus dem Bandmaterial, wodurch der Verschnitt und der Verlust an Tapematerial deutlich reduziert werden.
-
Vorzugsweise ist die Überprüfungseinrichtung in der Materialzufuhreinheit und/oder unmittelbar vor oder nach der Schneideinrichtung angeordnet. Eine Anordnung der Überprüfungseinrichtung in einem frühen Prozessschritt ermöglicht das schnelle Ausschleusen von fehlerbehaftetem Material, ohne dass dies beispielsweise durch die komplette Legevorrichtungen transportiert werden muss. In der Materialzufuhreinheit können bereits Fehler im Bandmaterial selbst erkannt werden. Fehler, wie beispielsweise Risse im Tape, können vereinzelt auch während der Verarbeitung und Transport der Tapes oder des Bandmaterials entstehen, so dass die Anordnung der Überprüfungseinrichtung unmittelbar vor oder nach der Schneideinrichtung mögliche, in der Verarbeitung erzeugte Fehler erkennen kann und die Fehlerquote weiter reduziert wird.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Überprüfungseinrichtung einen optischen, akustischen oder strahlensensitiven Sensor sowie eine optische, akustische oder strahlungsgebende Quelle. Die Wahl der Quelle ist dabei abhängig auch vom verwendeten Bandmaterial und von der Auslösungsgenauigkeit. Vorzugsweise wird eine optische Quelle und ein entsprechender Sensor eingesetzt, da solche breit verfügbar und einfach einsetzbar sind. Bevorzugt ist die Quelle eine Lichtquelle und/oder der Sensor eine Kamera.
-
Alternativ oder ergänzend sind die Quelle und der Sensor der Überprüfungseinrichtung auf einer Seite des Tapes oder Bandmaterials oder auf gegenüberliegenden Seiten des Tapes oder Bandmaterials angeordnet. Bei einer Anordnung von Quelle und Sensor auf einer Seite des Tapes oder Bandmaterials werden die Fehler durch Auswertung der Reflektion, der von der Quelle ausgesendeten Strahlung, erkannt. Im Falle einer Anordnung von Quelle und Sensor auf gegenüberliegenden Seiten werden Fehler durch Veränderung des Absorptionsverhaltens detektiert. Auch eine Kombination aus Absorptions- und Reflektionverhalten des zu überprüfenden Tapes oder Bandmaterials ist denkbar. Als die Seite eines Tapes oder des Bandmaterials wird insbesondere deren Flächenseite gesehen.
-
Als eine weitere Lösung wird ein Legeverfahren zum Legen von Tapes angeben, umfassend die Schritte: Zuführen zumindest eines Tapes mittels einer Zuführungseinrichtung zu einer Legeeinrichtung; Aufnehmen und Platzieren des zumindest einen Tapes auf einem Legetisch mittels einer Legeeinrichtung; wobei vor dem Platzieren des Tapes auf dem Legetisch das Tape oder Bandmaterial auf Fehler mittels einer Überprüfungseinrichtung überprüft wird, wobei bei einer Feststellung eines Fehlers in dem Tape oder in dem Bandmaterial durch die Überprüfungseinrichtung eine Steuervorrichtung die Zuführeinrichtung und/oder Legeeinrichtung derart ansteuert, dass das fehlerbehaftete Tape aus der Legevorrichtung ausgeschleust wird.
-
Durch das Überprüfen des Tapes oder Bandmaterials auf Fehler vor dem Ablegen mit der Legeeinrichtung können Fehler frühzeitig erkannt werden und das fehlerbehaftete Tape wird nicht auf der bereits gelegten Faserverbundstruktur abgelegt. Das fehlerbehaftete Tape wird vor dem Ablegen auf der bereits gelegten Faserverbundstruktur aus dem System entfernt.
-
Vorzugsweise wird das Bandmaterial über eine Materialzufuhreinheit der Tapelegevorrichtung zugeführt und mittels einer Schneideinrichtung auf ein gewünschtes Maß zu einem Tape abgelängt. Die Zuführung von Bandmaterial ermöglicht das exakte Schneiden des Tapes auf ein bestimmtes, an der aktuellen Legeposition benötigtes Maß.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform zeichnet aus, dass die Überprüfungseinrichtung nur dann ein Fehlersignal ausgibt, wenn der Fehler einen Grenzwert überschreitet. Kleine Fehler, wie beispielsweise Risse entlang der Faserrichtung mit einer Länge kleiner 10 mm, können zwar durch die Überprüfungseinheit detektiert werden, jedoch können diese Tapes trotzdem abgelegt werden, da der Fehler noch im Bereich einer Toleranz liegt, welche für das letztendlich herzustellende Bauteil akzeptabel ist und keine Auswirkungen auf dessen Eigenschaften hat.
-
Alternativ oder ergänzende ist der Grenzwert eine Mindestlänge eines Risses oder einer Summe von Rissen und/oder der Grenzwert der zulässigen Risslänge innerhalb eines Tapes eine Funktion der Länge und/oder Breite und/oder Dicke des Tapes. Bei der Betrachtung eines Grenzwertes können einzelne Fehler separat und/oder auch mehrere kleine Fehler betrachtet werden. Insbesondere bei Fehlern in Form von Rissen innerhalb des Tapes können die einzelnen Risslängen innerhalb eines Tapes addiert werden. Sofern diese Summe nicht den vorgeschriebenen Grenzwert überschreitet, kann dieses Tape auch auf der bereits gelegten Faserverbundstruktur abgelegt werden. Neben der Festlegung von bestimmten, absoluten Grenzwerten kann der Grenzwert auch in Abhängigkeit von Variablen, beispielsweise der Länge und/oder Breite und/oder Dicke des Tapes variieren.
-
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass bei Anordnung der Überprüfungseinrichtung vor der Schneideinrichtung nur der fehlerbehaftete Abschnitt des Tapes aus dem Bandmaterial ausgeschnitten wird. Hierdurch kann der Verlust an Tape-Material weiter reduziert werden.
-
Vorzugsweise wird das Tape oder Bandmaterial zur Überprüfung gespannt. Durch das Spannen können Fehler besser erkannt werden.
-
Alternativ oder in Kombination erfasst die Überprüfungseinrichtung weitere Messdaten des überprüften Tapes oder Bandmaterials wie Länge, Breite, Position und Verlauf der Tapekanten, Winkel des Tape-Anfangs und Tape-Endes und übergibt diese an die
-
Steuervorrichtung. Mittels der weiteren Daten kann der Legeprozess im Gesamten optimiert werden, da etwa aus den Längen der einzelnen Tapes das Ende einer Rolle eines Bandmaterials errechnet werden oder die Ablage auf Grund der Schnittwinkel von Tape-Anfang und Tape-Ende optimiert werden kann.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Überprüfungssystem die komplette Breite des Bandmaterials oder des Tapes erfasst und/oder das Überprüfungssystem einen schmalen Ausschnitt der Länge des zu schneidenden Bandmaterial oder des Tapes erfasst und die gesamte Länge des Tapes über den Vorschub des Bandmaterials bzw. des Tapes erfasst wird. Die Tapes haben typischerweise eine deutlich größere Länge als Breite, welche beispielsweise zwischen 50 mm und 250 mm liegt. Gerade bei sehr langen Tapes, welche bis zu 3000 mm lang sein können, kann es schwierig sein, diese in einem Vorgang komplett zu erfassen. So ist es vorteilhaft nur einen schmalen Bereich bevorzugt über die komplette Breite zu erfassen und die gesamte Länge über einen automatischen Durchlauf des Tapes über den schmalen Bereich zu erfassen, wodurch die Quelle und der Sensor entsprechend kleiner ausgelegt werden können.
-
In Kombination oder ergänzend können die Messdaten dem zugehörigen Tape zugeordnet werden, so dass beispielsweise bei einer Unterbrechung die Daten der bereits gelegten Faserverbundstruktur vorrätig sind, um nach Ausschleusen von fehlerbehafteten Tapes wieder korrekt fortfahren zu können.
-
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung mit den Zeichnungen hervor. Die Erfindung wird im Folgenden im Detail mit Bezug auf die Figuren beschrieben werden.
-
Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Legen von Tapes; und
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Legen von Tapes.
-
In der 1 ist eine Tapelegevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Wie in 1 dargestellt wird in der Tapelegevorrichtung 1 ein Bandmaterial 3, das beispielsweise auf einer Spule 12 aufgewickelt bereitgestellt wird, mittels einer Materialzufuhreinheit 10 von der Spule 12 abgewickelt und einer der Materialzufuhreinheit 10 nachgeordneten Zuführungseinrichtung 20 zugeführt. Zu diesem Zweck kann die Materialzufuhreinheit 10 ein Paar von Antriebswalzen 11 aufweisen, die einen Walzenantrieb, auch als Mangelantrieb bezeichnet, bilden, der für den Transport des Bandmaterials 3 sorgt. Die Antriebswalzen 11 werden dabei von einem oder von mehreren Motoren (nicht dargestellt) unter Steuerung einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so dass das Bandmaterial 3 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und/oder einer gewünschten Länge in die Zuführungseinrichtung 20 „geschoben“ und derart zugeführt wird. Die Spule 12 wird dabei durch ein oder mehrere Motoren (nicht dargestellt) eigenständig angetrieben und wickelt das Bandmaterial 3 kontinuierlich von der Spule 12 ab. Weiterhin sind in der Materialzufuhreinheit 10 ein oder mehrere Umlenkrollen 13 angeordnet sowie ein Tänzersystem 14, welches als Puffer für das Bandmaterial dient, beispielsweise wenn eine Spule 12 ausgewechselt werden muss. Das Tänzersystem 14 bewirkt mittels eines Federsystems oder ähnlichem einen Vorrat an Bandmaterial 3. Dies ermöglicht es auch, dass das Bandmaterial 3 kontinuierlich von der Spule 12 abgewickelt, jedoch im nachfolgenden Prozess schrittweise oder mit kleinen Unterbrechungen verarbeitet werden kann. Im weiteren Verlauf wird das Bandmaterial 3 in der Zuführungseinrichtung 20 von einer Schneidvorrichtung 24 zu einzelnen Tapes 2 geschnitten. Zum sauberen Schneiden von Tapes 2 ist es erforderlich, dass der Walzenantrieb 11 kurz stoppt und die Zuführung an Bandmaterial 3 zur Zuführungseinrichtung 20 kurz angehalten wird. Um trotzdem ein kontinuierliches Abwickeln der Spule 12 zu ermöglichen, kann das Tänzersystem 14 dieses kurze Abbremsen oder Abstoppen der Bandbewegung ausgleichen.
-
In der Schneideinrichtung 24 der Zuführungseinrichtung 20 wird das Bandmaterial 3 mittels eines Schneidmittels, das beispielsweise als ein Schneidmesser ausgeführt ist, geschnitten, um von dem Bandmaterial 3 einzelne Tapes 2 einer jeweils gewünschten Länge abzutrennen. Das Schneidmesser ist dabei winkelig verstellbar, so dass nicht nur Schnitte quer zur Bandrichtung oder zur Produktionsrichtung 70 des Bandmaterials 3 ausgeführt werden können, sondern mittels einer entsprechenden Verstellung des Schneidmessers um einen Winkel von beispielsweise ± 45° relativ zur Querrichtung des Bandmaterials 3, welche sich entlang deren Breite erstreckt, auch Tapes 2 abgeschnitten werden können, die in einem entsprechenden, gewünschten Winkel zugeschnitten sind.
-
Nachdem die Tapes 2 derart in der Schneideinrichtung 24 von dem Bandmaterial 3 abgetrennt und vereinzelt wurden, werden die Tapes 2 zu einer Legeeinrichtung 40 zugeführt und an diese übergeben.
-
Die Legeeinrichtung 40 ist über einem Legetisch 50 angeordnet und kann in vertikaler Richtung relativ zum Legetisch 50 bewegt werden, so dass die Legeeinrichtung 40 jeweils ein einzelnes Tape 2 auf dem Legetisch 50 platzieren und ablegen kann. Beispielsweise kann eine Linearführung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels der die Legeeinrichtung 40 in vertikaler Richtung auf den Legetisch 50 abgesenkt werden kann, um die Tapes 2 auf einer Arbeitsfläche des Legetischs 50, oder einer bereits zuvor auf der Arbeitsfläche des Legetisches 50 ausgebildeten Faserverbundstruktur, auch als Tapestruktur bezeichnet, abzulegen, und gegebenenfalls kurz und leicht anzudrücken. Nach dem Ablegen des Tapes 2 wird die Legeeinrichtung 40 wieder angehoben, um ein nächstes Tape 2 aufzunehmen. Es sei hierbei bemerkt, dass im Sinne dieses Dokuments sowohl das Platzieren und Ablegen eines Tapes 2 auf der Arbeitsfläche des Legetisches 50, als auch das Ablegen eines Tapes 2 auf bereits zuvor auf dem Legetisch 50 abgelegten Tapes 2, insbesondere auf einer zuvor ausgebildeten Tapelage oder Tapestruktur, als ein Platzieren und Ablegen des Tapes 2 auf dem Legetisch 50 verstanden werden soll.
-
Um das Absenken der Legeeinrichtung 40 zu ermöglichen, kann bei der Ausführungsform der 1 vorgesehen sein, dass die Zuführungseinrichtung 20 ebenfalls und gemeinsam mit der Legeeinrichtung 40 vertikal abgesenkt und angehoben wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Zuführungseinrichtung 20 und die Legeeinrichtung 40 zu einer als Legekopf bezeichneten Einheit zusammengefasst werden.
-
Alternativ ist es auch denkbar, den Legekopf bzw. die Legeeinrichtung 40 feststehend auszubilden, und den Legetisch 50 hebbar auszugestalten, so dass zur Ablage des Tapes 2 der Legetisch 50 angehoben wird. Im Übrigen ist es bevorzugt, dass der Legetisch 50 unter Steuerung der Steuereinrichtung (nicht dargestellt) um eine vertikale Drehachse Z gedreht werden kann, und/oder in horizontaler Richtung in x- und/oder y-Richtung bewegt werden kann, um eine gewünschte relative Positionierung des Tapes 2 relativ zum Legetisch 50 zu ermöglichen.
-
Zur Erhöhung der Legerate ist es insbesondere vorgesehen, dass mehrere Tapes 2 simultan, das heißt, insbesondere zeitgleich und mehrspurig gehandhabt werden, wobei durch eine solche Parallelisierung vorteilhaft die Anzahl gelegter Tapes 2 pro Abfolge entsprechend multipliziert wird.
-
Eine Überprüfungseinrichtung 30 zur Überprüfung des Bandmaterials 3 oder der Tapes 2 auf Fehler kann an einem oder mehreren Orten entlang des Transportweges des Bandmaterials 3 oder des Tapes 2 in Produktionsrichtung angeordnet sein. So kann bereits in einem frühen Verarbeitungsstadium das Bandmaterial 3 in der Materialzufuhreinheit 10 mittels einer Überprüfungseinheit 30 überprüft werden. Auch eine Anordnung der Überprüfungseinheit 30 unmittelbar vor der Schneideinrichtung 24 ist möglich. Durch die frühzeitige Erkennung von Fehlern, wie beispielsweise Risse entlang der Produktionsrichtung oder in einem Winkel hierzu, Fehlstellen wie Löcher, Wölbungen oder Aufdoppelungen im Bandmaterial 3 können mittels der Schneideinrichtung 24 nur die fehlerbehafteten Abschnitte aus dem Bandmaterial 3 abgeschnitten werden. Gutes Bandmaterial 3 kann zu Tapes 2 verarbeitet werden und entsprechend auf dem Legetisch 50 platziert werden. Sollte die Länge des Tapes 2 durch das Heraustrennen eines fehlerbehafteten Abschnittes nicht mehr lang genug für die vorgesehene Platzierung auf dem Legetisch 50 sein, so kann dieses dann an einer Stelle platziert werden, an welcher die Restlänge des Tapes 2 ausreichend ist. Der Verlust an Tape-Material kann so weiter reduziert werden.
-
Weiterhin ist auch eine Anordnung der Überprüfungseinrichtung 30 in der Zuführungseinrichtung 20 oder der Legeeinrichtung 40 möglich, um dort bereits vom Bandmaterial 3 abgetrennte Tapes 2 einer Überprüfung auf Fehler zu unterziehen. Eine Überprüfung der Tapes 2 nach der Schneideinrichtung 24 ermöglicht auch durch den Schneidprozess oder den Transport in der Zuführungseinrichtung 20 induzierte Fehler zu erkennen und fehlerbehaftete Tapes 2 entsprechend aus der Legevorrichtung 1 zu entfernen.
-
Die Überprüfungseinheit 30 in der Legeeinrichtung 40 sollte so angeordnet sein, dass die Überprüfung in der Legeeinrichtung 40 vor dem Ablegen des Tapes 2 auf dem Legetisch 50 erfolgt, so dass bei Feststellung eines Fehlers im Tape 2, dieses aus der Legevorrichtung 40 ausgeschleust werden kann und einem gesonderten Behälter 60 für fehlerbehaftete Tapes 2 zugeführt werden kann. Fehlerbehaftete Tapes 2 oder Bandmaterial 3, welche an einer Überprüfungseinrichtung 30 detektiert werden, werden entsprechend durch die Legevorrichtung 1 transportiert und über die Legeeinrichtung 40 einem Behälter 60 zugeführt.
-
Die Überprüfungseinrichtung 30 umfasst eine Quelle 31 und einen Sensor 32, welcher das von der Quelle 31 gesendete Signal oder die Strahlung erfassen kann. Bei der Quelle 31 kann es sich um optische Quelle 31, wie beispielsweise eine Lichtquelle oder ein Lasersignal handeln. Als Sensor 32 kann in diesem Falle eine Kamera oder eine Photodiode in Betracht kommen. Neben oder alternativ zu optischen Quellen 31 kann die Quelle 31 auch ein akustisches Signal oder eine Strahlung aussenden, welche mit dem Tape 2 oder dem Bandmaterial 3 interagiert um Fehler detektieren zu können. Je nach Ausführung der Quelle 31 handelt es sich um einen optischen, akustischen oder strahlungssensitiven Sensor 32.
-
Die Anordnung von Quelle 31 und Sensor 32 ist bevorzugt auf gegenüberliegenden Seiten, insbesondere den Flächenseiten es Tapes 2 oder Bandmaterials 3, wie in dies in 1 im Bereich der Materialzufuhreinheit 10 dargestellt ist. In diesem Falle wird vom Sensor 32 das Absorptionsverhalten des Tapes 2 oder Bandmaterials 3 detektiert. Fehler im Tape oder Bandmaterial 3 können beispielsweise durch einen Vergleich mit einem fehlerfreien Tape 2 oder Bandmaterial 3 als Referenz ermittelt werden. Quelle 31 und Sensor 32 können senkrecht auf oder in einem Winkel zum Tape 2 oder Bandmaterial 3 angeordnet sein. Weiterhin kann das Tape 2 oder Bandmaterial 3 während der Überprüfung in der Überprüfungseinrichtung 30 gespannt werden oder frei aufliegen.
-
Alternativ können die Quelle 31 und der Sensor 32 der Überprüfungseinrichtung 30 auf einer Seite, insbesondere die Flächenseite des Tapes 2 oder Bandmaterials 3 angeordnet sein, wie dies beispielhaft im Bereich der Zuführungseinrichtung 20 und der Legeeinrichtung 40 in 1 dargestellt ist. Durch die Anordnung von Quelle 31 und Sensor 32 auf einer Seite können Fehler beispielsweise ber das ReflektionVerhalten des Tapes 2 oder Bandmaterials 3 erfasst werden. Quelle 31 und Sensor 32 stehen dabei bevorzugt in einem Winkel auf dem Tape 2 oder Bandmaterial 3. Je nach Anordnung können die Quelle 31 und der Sensor 32 der Überprüfungseinrichtung 30 in Produktionsrichtung 70 hintereinander angeordnet sein. Alternativ kann die Anordnung in Produktionsrichtung 70 nebeneinander erfolgen. Auch hier kann das Tape 2 oder Bandmaterial 3 während der Überprüfung gespannt sein oder frei aufliegen.
-
Die Überprüfungseinrichtung 30 und insbesondere die Quelle 31 und/oder der Sensor 32 können so ausgebildet sein, dass diese die komplette Breite des Tapes 2 oder Bandmaterials 3 erfassen. Die Erfassung der kompletten Länge eines Tapes 2 mit der Überprüfungseinrichtung kann sich je nach Länge des Tapes 2, welche bis zu 3000 mm betragen, schwierig gestalten. Zur Vereinfachung der Erfassung der kompletten Länge des Tapes 2 kann immer nur ein schmaler Bereich, welcher vorzugsweise zwischen 5 mm und 500 mm liegt, erfasst werden und die komplette Länge durch den Vorschub des Tapes 2 oder Bandmaterials 3 durch die Überprüfungseinrichtung 30 erfasst werden. Das Tape 2 oder Bandmaterial 3 durchläuft somit die Überprüfungseinrichtung 30. Die Daten der einzelnen Abschnitte werden erfasst und es wird beispielsweise ein komplettes Abbild des Tapes 2 zur Erkennung von Fehlern erstellt. Damit kann auch der Platzbedarf für die Überprüfungseinrichtung 30 deutlich reduziert werden.
-
In Bezug auf 2 ist eine weitere erfindungsgemäße Tapelegevorrichtung 1 dargestellt. Die Materialzufuhreinheit 10 ist dabei identisch wie zuvor beschrieben aufgebaut. Neben einer Zuführungseinrichtung 20 ist nun eine zweite Zuführungseinrichtung 20a in der Tapelegevorrichtung 1 angeordnet, wobei die zweite Zuführungseinrichtung 20a in Transportrichtung 70 nach der ersten Zuführungseinrichtung 20 angeordnet ist. Zwischen den beiden Zuführungseinrichtungen 20 und 20a besteht nun die Möglichkeit fehlerbehaftete Tapes 2 oder auch Verschnittmaterial vor der Legeeinrichtung 40 aus der Tapelegevorrichtung 1 in einen Behälter 60 auszuschleusen.
-
Gerade in Bezug auf eine Überprüfungseinrichtung 30, welche vor der Zuführungseinrichtung 20a angeordnet ist, bietet die Anordnung gemäß der 2 den Vorteil, dass fehlerbehaftete Tapes 2 oder Bandmaterial 3 nicht durch die komplette Legevorrichtung 1 transportiert werden, sondern frühzeitig aus dem Legeverfahren in einen Behälter 60 ausgeschleust werden. Insbesondere kann davon ausgegangen werden, dass nahezu alle Fehler bereits im Tape-Material selbst vorhanden sind, so dass ein Transport von fehlerbehafteten Tapes 2 oder Bandmaterial 3 durch die Legevorrichtung 1 die Taktzeit in nicht notwendigerweise erhöhen würde.
-
Die Anordnung von zwei oder mehr Zuführungseinrichtungen 20, 20a hat auch weitere Vorteile. So kann die erste Zuführungseinrichtung 20 als ein Schneidband mit der Schneideinrichtung 24 ausgebildet sein, auf welcher das Bandmaterial 3 zu Tapes 2 vereinzelt wird. Die zweite Materialzuführungseinheit 20a kann als Beschleunigungseinrichtung beispielsweise mit einem Beschleunigungsband 21a ausgebildet sein, so, dass die zuvor geschnittenen Tapes 2 einerseits zügig von der ersten Zuführungseinrichtung 20 abgezogen werden können. Andererseits können durch die Ausbildung der zweiten Zuführungseinrichtung 20a als Beschleunigungseinrichtung die Tapes 2 auf einen bestimmten Abstand zueinander gebracht werden und somit vereinzelt werden. Durch die Vereinzelung können die einzelnen Tapes 2 schließlich besser und jeweils eigenständig von der Legeeinrichtung 40 übernommen werden.
-
Der Prozess des Legens der einzelnen Tapes 2 läuft letztendlich wieder wie in 1 bereits beschrieben ab.
-
Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind die Legeeinrichtung 40, die Zuführungseinrichtung 20, 20a bevorzugt mit Transportbändern 21, 21a, 41 als flächiges Transportelement ausgeführt, die um jeweilige Umlenkrollen 22, 22a, 42 endlos umlaufen. In der Zuführungseinrichtung 20, 20a werden dabei die Tapes 2 aufliegend, das heißt, auf einer Oberseite der Zuführungseinrichtung 20, 20a auf dem Transportband 21, 21a aufliegend transportiert. Hingegen werden die einzelnen Tapes 2 in der Legeeinrichtung 40 jeweils „hängend“ transportiert. Hierzu ist die Legeeinrichtung 40 vorzugsweise mit einer Vakuumeinrichtung versehen, welche so mit dem Transportband 41 der Legeeinrichtung 40 verbunden ist, dass durch das Transportband 41 hindurch Luft angesaugt und so ein Unterdruck aufgebaut werden kann, beispielsweise indem eine Vielzahl von Öffnungen in dem Transportband 41 vorgesehen sind, durch welche die Luft angesaugt werden kann. Durch den so entstehenden Unterdruck kann ein auf dem Transportband 21, 21a der Zuführungseinrichtung 20, 20a aufliegendes, der Legeeinrichtung 40, zugeführtes Tapes 2 angesaugt werden, so dass er auf der Unterseite der Legeeinrichtung 40 an dem Transportband 41 anliegend gehalten wird. Die Vakuumeinrichtung kann abgeschaltet werden, nachdem das Tape 2 auf dem Legetisch 50 platziert wurde. Neben der Legeeinrichtung 40 kann auch die Zuführungseinrichtung 20, 20a mit einer Vakuumeinrichtung ausgestattet sein, so dass trotz des liegenden Transports von Tapes 2 diese in ihrer Lage zueinander sich nicht verschieben können.
-
Die Überprüfungseinrichtung 30 gibt im Falle eines Fehlers im Tape 2 oder Bandmaterial 3 eine entsprechende Meldung an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung, welche die Materialzufuhreinheit 10, die Schneideinrichtung 24, die Zuführungseinrichtung 20, 20a, die Legeeinrichtung 40 und/oder den Legetisch 50 derart regelt oder steuert, dass der fehlerbehaftete Bandabschnitt aus der Legevorrichtung 1 ausgeschleust und einem Behälter 60 zugeführt wird. Dabei ist es möglich, jedoch nicht zwingend, dass jeder Fehler im Tape 2 oder Bandmaterial 3 an die Steuervorrichtung entsprechend weitergegeben wird. So ist es beispielsweise möglich, dass die Überprüfungseinrichtung 30 nur dann ein Fehlersignal ausgibt, wenn der Fehler einen bestimmten Grenzwert überschreitet. Der Grenzwert kann dabei eine bestimmte Länge eines Risses im Tape 2 oder Bandmaterial 3, beispielsweise 10 mm oder 20 mm sein. Im Falle einer Fehlstelle innerhalb des Tapes 2 oder Bandmaterial 3, welche beispielsweise ein Loch im Tape 2 sein kann, kann der Grenzwert durch den Durchmesser oder die Fläche der Fehlstelle bestimmt sein. Alternativ oder ergänzend können nicht nur einzelne Fehler in einem abzulegenden Tape 2 betrachtet werden. So kann es möglich sein, dass in einem Tape 2 mehrere „kleine“ Fehler vorhanden sind, welche einzeln für sich betrachtet noch keine Ausschleusung aus der Legevorrichtung 1 rechtfertigen würden. Jedoch können auch eine Vielzahl an kleinen Fehler die Eigenschaften des Tapes 2 und letztendlich die gesamten Eigenschaften des zu legenden Bauteils beeinträchtigen. Daher kann der Grenzwert für ein Fehlersignal auch durch eine Summe von Fehlern innerhalb eines Tapes 2 bestimmt sein. Bei Betrachtungen von Rissen innerhalb des Tapes 2 kann der Grenzwert für die Summe der Risse betrachtet werden, welche beispielsweise 30 mm oder 50 mm nicht überschreiten darf. Neben der Festlegung von absoluten Werten, können gerade bei der Betrachtung von Rissen oder Fehlstellen als Fehler in Tape 2 die Grenzwerte auch variieren in Abhängigkeit von der Länge des Tapes 2 oder dessen Breite. So kann beispielsweise ein Fehler 4 vorliegen wenn ein Riss oder die Summe der Risse im Tape 2 die Größe von 10% - 20% der Gesamtlänge des Tapes 2 überschreitet.
-
Mit der Überprüfungseinrichtung 30 können neben Fehlern im Tape 2 oder Bandmaterial 3 auch weitere Messdaten zum Tape 2 oder Bandmaterial 3 erfasst werden, wie beispielsweise Länge, Breite, Position und Verlauf der Kanten des Tapes 2 oder Bandmaterials 3. Weiterhin können auch die Geometrie des Tape-Anfangs und Tape-Ende erfasst werden, welche einen Einfluss auf die Ablegeposition des Tapes 2 haben können. Die Daten können an die Steuervorrichtung übergeben und/oder entsprechend für weitere Prozessschritte gespeichert werden. Die einzelnen Messdaten können den Tapes 2 direkt somit zugeordnet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Legevorrichtung
- 2
- Tape
- 3
- Bandmaterial
- 4
-
- 10
- Materialzufuhreinheit
- 11
- Antriebswalzen
- 12
- Spule
- 13
- Umlenkrollen
- 14
- Tänzersystem
- 20,20a
- Zuführungseinrichtung
- 21,21a
- Transportband
- 22, 22a
- Umlenkrollen
- 24
- Schneideinrichtung
- 30
- Überprüfungseinrichtung
- 31
- Quelle
- 32
- Sensor
- 40
- Legeeinrichtung
- 41
- Transportband
- 42
- Umlenkrollen
- 50
- Legetisch
- 60
- Behälter
- 70
- Produktionsrichtung
