DE102019209664A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape, mit einer Wickelkörperform (3), welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen (10) und eine Mehrzahl von Umlenkelementen umfasst, und einer Ablagevorrichtung (5), welche dafür vorgesehen ist, das FVK-Tape entsprechend eines vorgegebenen Bewegungspfads zu führen und an den Komponenten der Wickelkörperform (3) zu befestigen, so dass daraus eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet ist, sowie eine korrespondierende mit Hilde der Vorrichtung (1) gefertigte dreidimensionale Struktur aus einem FVK-Tape und ein korrespondierendes Verfahren zur Fertigung der dreidimensionalen Struktur aus einem FVK-Tape. Erfindungsgemäß sind die Stützelemente (10) in ihrer Position und/oder Ausrichtung einstellbar, sodass sich hierdurch in Zusammenwirken mit einem entsprechend angepassten Bewegungspfad eine jeweilige Formvariation der gewickelten oder gelegten dreidimensionalen Struktur ergibt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein korrespondierendes Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape sowie eine korrespondierende dreidimensionale Struktur, welche mit Hilfe der Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape gefertigt wurde.
  • Vorrichtungen zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tapes (faserverstärkte Kunststoff-Tapes) sind in zahlreichen Variationen bekannt. So werden beispielsweise unidirektional gewickelte FVK-Tapes aus Kohlenstoff- oder Glasfasern mit Hilfe von Wickelverfahren oder Ablageverfahren zu dreidimensionalen Bauteilen bzw. Hohlbauteilen, wie beispielsweise Tanks usw. verarbeitet. Zudem ist es bekannt, ein Faserroving gewünschter Stärke und Länge, welches beispielsweise mit Epoxidharz getränkt ist, über eine Ablagevorrichtung per Industrieroboter zu einem dreidimensionalen Bauteil zu legen.
  • Aus der DE 10 2016 012 534 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff, mit wenigstens einer Positionierplatte, die eine Mehrzahl von Anbindungsstellen zum lösbaren Befestigen von Umlenkelementen an der Positionierplatte aufweist, einer Mehrzahl von Umlenkelementen und mit einer Mehrzahl von Stützelementen bekannt. Hierbei sind die Umlenkelemente eingerichtet, um an der Positionierplatte und/oder an den Stützelementen und/oder aneinander befestigt zu werden, wobei die Stützelemente eingerichtet sind, um an der Positionierplatte und/oder an den Umlenkelementen und/oder aneinander befestigt zu werden.
  • Als nachteilig kann bei den bekannten Vorrichtungen zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen der Umstand angesehen werden, dass ohne aufwändige Umbaumaßnahmen nur eine bestimmte dreidimensionale Struktur gelegt oder gewickelt werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape bereitzustellen, welche ohne aufwändige Umbaumaßnahmen verschiedene Ausführungsformen von dreidimensionalen Strukturen fertigen können.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Zudem wird eine dreidimensionale Struktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Um eine Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape bereitzustellen, welche ohne aufwändige Umbaumaßnahmen verschiedene Ausführungsformen von dreidimensionalen Strukturen fertigen kann, sind Stützelemente einer Wickelkörperform in ihrer Position und/oder Ausrichtung einstellbar, sodass sich hierdurch in Zusammenwirken mit einem entsprechend angepassten Bewegungspfad eine jeweilige Formvariation der gewickelten oder gelegten dreidimensionalen Struktur ergibt.
  • Nachfolgend wird unter einer Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape eine Vorrichtung verstanden, welche eine Wickelkörperform und eine Ablagevorrichtung umfasst. Die Wickelkörperform umfasst als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen und eine Mehrzahl von Umlenkelementen. Die Ablagevorrichtung ist dafür vorgesehen, das FVK-Tape entsprechend eines vorgegebenen Bewegungspfads zu führen und an den Komponenten der Wickelkörperform zu befestigen, sodass daraus eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet ist. Das FVK-Tape besteht vorzugsweise aus unidirektional gerichteten Fasern und einem Matrixmaterial wie Duroplast oder Thermoplast, wobei das Fasermaterial eine Kohlenstofffaser, eine Glasfaser, eine Naturfaser, wie beispielsweise Flachs, Sisal, Hanf usw., oder eine Mischfaser sein kann. Das Wickeln bzw. Ablegen des FVK-Tapes kann beispielsweise über automatische oder manuelle Ablage- bzw. Wickeltechnologien erfolgen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Wickelkörperform, welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen und eine Mehrzahl von Umlenkelementen umfasst, und einer Ablagevorrichtung mit FVK-Tape. Positionen und/oder Ausrichten von zumindest einem Stützelement der Mehrzahl von Stützelementen in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur. Führen der Ablagevorrichtung mit dem FVK-Tape entlang eines vorgegebenen Bewegungspfads und Befestigen des FVK-Tapes an den Komponenten der Wickelkörperform entlang des Bewegungspfads in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur. Hierbei wird das FVK-Tape in einzelnen Lagen geführt und befestigt, sodass aus der Gesamtheit der Lagen aus FVK-Tape eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet wird. Verändern der Position und/oder der Ausrichtung von zumindest einem Stützelement der Mehrzahl von Stützelementen nach einer vorgebbaren Anzahl von aufgebrachten Lagen, um die korrespondierende Anzahl von Lagen zu spannen. So kann beispielsweise auch nach jeder gewickelten oder gelegten Lage von FVK-Tape die korrespondierende Lage gespannt werden. Alternativ können mehrere Lagen von FVK-Tape gewickelt oder gelegt werden, welche dann gemeinsam gespannt werden. Es können aber auch aus mehreren Lagen (z.B. 2 bis 5 unidirektionale Lagen, abhängig von Umlaufradien der Geometrie) „vorkonsolidierte“ FVK-Tapes verarbeitet werden.
  • Durch die Positionierung und/oder Ausrichtung von zumindest einem Stützelement kann in Kombination mit der Ablagevorrichtung eine bestimmte „Vorspannung“ im FVK-Tape erzeugt werden.
  • Durch Ausführungsformen der Erfindung kann die gesamte Geometrie der dreidimensionale Strukturen durch die systematische Verbindung der Punkte an den Stützelementen entlang des vorgegebenen Bewegungspfads entstehen und gleichzeitig ein Muster, wie beispielsweise ein Sitz dargestellt werden. Für eine ausreichende Kraftübertragung können ausziehbare Muttern, Scheiben oder Hülsen als Umlenkelemente an den Stützelementen implementiert werden. Zudem können verschiedene Geometrien der dreidimensionalen Strukturen flexibel mit der Vorrichtung hergestellt werden, ohne dass für die einzelnen Bauteile bzw. dreidimensionale Strukturen jeweils eine Fertigungsvorrichtung erforderlich ist. Des Weiteren ergibt sich im Vergleich zu anderen FVK-Technologien eine nachhaltigere Produktion, da nur ein geringer bzw. kein Verschnitt anfällt und ein sortenreines Recycling möglich ist. Außerdem ist eine lastfallgerechte Fertigung von dreidimensionalen FVK-Bauteilen ohne zusätzlichen Werkzeugbedarf möglich, da keine Kerne oder Ähnliches erforderlich sind. Aufgrund der Skalierbarkeit können Ausführungsformen der Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape weltweit eingesetzt werden, so dass sich eine kostengünstige Logistik und geringere Investitionen je Projekt ergibt.
  • Die beweglichen bzw. entnehmbaren Stützelemente umfassen beispielsweise Stäbe aus Metall oder anderen Materialien. Diese Stäbe können je nach Anordnung und zu fertigender dreidimensionaler Struktur so in die Wickelkörperform eingebracht werden, dass sie während des Wickel- oder Ablagevorgangs zur Positionierung und/oder Ausrichtung einzeln translatorisch im Raum in Längsrichtung (x), Querrichtung (y) und Hochrichtung (z) bewegt werden können, oder um ihre Hochachse rotiert werden können. Die Bewegungen können beispielsweise über Servomotoren erzeugt werden. Zudem können in axialer Richtung auch ausziehbare Hülsen bzw. Muttern oder Scheiben als Umlenkelemente an einzelnen Stäben angebracht werden. Alternativ können die Stäbe schon vorab positioniert und ausgerichtet werden, bevor der Wickel- oder Ablagevorgang gestartet wird.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mindestens ein Antrieb Position und/oder Ausrichtung von mindestens einem Stützelement der Mehrzahl von Stützelementen einstellen. Der mindestens eine Antrieb kann die Position und/oder die Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements beispielsweise vor und/oder während des Wickel- oder Ablagevorgangs einstellen. Dadurch kann die Vorspannung des FVK-Tapes während des Wickel- bzw. Ablagevorgangs einfach erzeugt und gehalten werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Schweißvorrichtung verschiedene Lagen des FVK-Tapes an einem Kreuzungspunkt miteinander verschweißen. So kann die Schweißvorrichtung beispielsweise über eine in der Vorrichtung integrierte Induktions- oder Kontaktheizung realisiert werden, welche die einzelnen Lagen des FVK-Tapes an den lokalen Kreuzungspunkten miteinander verschweißt. Des Weiteren können solche Kreuzungspunkte an vorab berechneten bzw. bestimmten Belastungspunkten erzeugt werden, um Stabilität und Belastbarkeit der dreidimensionalen Struktur gezielt zu verbessern.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Auswerte- und Steuereinheit die Ablagevorrichtung bzw. korrespondierende Aktuatoren ansteuern, um die Ablagevorrichtung entlang des vorgegebenen Bewegungspfads zu führen. Dadurch kann eine automatische Ablagetechnologie bzw. Wickeltechnologie implementiert werden. Zusätzlich kann die Auswerte- und Steuereinheit den mindestens einen Antrieb ansteuern, um die Position und/oder die Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements einzustellen. Dies ermöglicht eine automatische Positionierung und Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit die Schweißvorrichtung ansteuern, um verschiedene Lagen an einem Kreuzungspunkt miteinander zu verschweißen.
    Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape.
  • Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen. Hierbei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape;
    • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape;
    • 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Wickelkörperform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 während eines ersten Ablagevorgangs des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2;
    • 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Wickelkörperform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 während eines Spannvorgangs des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2;
    • 5 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts einer Wickelkörperform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 während eines zweiten Ablagevorgangs des erfindungsgemäßen Verfahrens aus 2; und
    • 6 eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Wickelkörperform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1 mit zwei gelegten Lagen aus FVK-Tape und einem Kreuzungspunkt.
  • Wie aus 1 und 3 bis 6 ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape 7 eine Wickelkörperform 3, welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen 10, 10A, 10B, 10C, 10D und eine Mehrzahl von Umlenkelementen 12 umfasst, und eine Ablagevorrichtung 5, welche dafür vorgesehen ist, das FVK-Tape 7 entsprechend eines vorgegebenen Bewegungspfads zu führen und an den Komponenten der Wickelkörperform 3 zu befestigen, so dass daraus eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet ist.
  • Erfindungsgemäß sind die Stützelemente 10, 10A, 10B, 10C, 10D in ihrer Position und/oder Ausrichtung einstellbar, sodass sich hierdurch in Zusammenwirken mit einem entsprechend angepassten Bewegungspfad eine jeweilige Formvariation der gewickelten oder gelegten dreidimensionalen Struktur ergibt.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape 7 im Schritt S100 die Wickelkörperform 3, welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen 10 und eine Mehrzahl von Umlenkelementen 12 umfasst, und die Ablagevorrichtung 5 mit FVK-Tape 7 bereitgestellt. Im Schritt S110 wird zumindest ein Stützelement 10, 10A, 10B, 10C, 10D der Mehrzahl von Stützelementen 10, 10A, 10B, 10C, 10D in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur positioniert und ausgerichtet. Im Schritt S120 wird die Ablagevorrichtung 5 mit dem FVK-Tape 7 entlang eines vorgegebenen Bewegungspfads geführt und das FVK-Tape 7 an den Komponenten der Wickelkörperform 3 entlang des Bewegungspfads in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur befestigt. Hierbei können die Schritte S110 und S120 nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden. Das bedeutet, dass die einzelnen Stützelemente 10, 10A, 10B, 10C, 10D nacheinander positioniert und ausgerichtet werden, während das FVK-Tape 7 entlang des vorgegebenen Bewegungspfads geführt und befestigt wird. So kann beispielsweise jeweils das nächste Stützelement 10, 10A, 10B, 10C, 10D positioniert und ausgerichtet werden, bevor das FVK-Tape 7 befestigt wird. Zudem wird das FVK-Tape 7 in einzelnen Lagen 7A, 7B, 7C, 7D geführt und befestigt, sodass aus der Gesamtheit der Lagen 7A, 7B, 7C, 7D aus FVK-Tape 7 eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet wird. Nach einer vorgebbaren Anzahl von aufgebrachten Lagen 7A, 7B, 7C, 7D wird im Schritt S130 die Position und/oder Ausrichtung von zumindest einem Stützelement 10A, 10B, 10C der Mehrzahl von Stützelementen 10 verändert, um die korrespondierende Anzahl von Lagen 7A, 7B, 7C, 7D zu spannen.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens 100 wird nach jeder gewickelten oder gelegten Lage von FVK-Tape die korrespondierende Lage gespannt. Bei einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel werden mehrere Lagen von FVK-Tape gewickelt oder gelegt und anschließen gemeinsam gespannt. Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel werden vorbereitete FVK-Tapes verwendet, welche aus mehreren Einzellagen aufgebaut sind.
  • Wie aus 1 und 3 bis 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Wickelkörperform 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 ein Grundplatte 3.1 an welcher die Mehrzahl von Stützelementen 10, 10A, 10B, 10C, 10D beweglich gelagert ist. Hierbei sind die einzelnen Stützelemente 10, 10A, 10B, 10C, 10D jeweils mit einem nicht dargestellten Antrieb gekoppelt, welcher Position und/oder Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements 10, 10A, 10B, 10C, 10D einstellt. Über den mindestens einen Antrieb werden die Positionen und/oder Ausrichtungen der einzelnen Stützelements 10, 10A, 10B, 10C, 10D vor und/oder während des Wickel- oder Ablagevorgangs eingestellt.
  • Wie aus 1 und 6 weiter ersichtlich ist, umfasst die Vorrichtung 1 zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape 7 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schweißvorrichtung 24, welche verschiedene Lagen 7C, 7D des FVK-Tapes 7 an einem Kreuzungspunkt 9 miteinander verschweißt.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, bilden die Ablagevorrichtung 5, die Schweißvorrichtung 24 mit einer Auswerte- und Steuervorrichtung 24 einen Industrieroboter 20 aus, welcher die dreidimensionalen Strukturen in Kombination mit der Wickelkörperform 3 automatisch fertigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Auswerte- und Steuereinheit 24 ausgebildet, um die Ablagevorrichtung 5 entlang des vorgegebenen Bewegungspfads zu führen, sodass das FVK-Tape 7 in der vorgegebenen Reihenfolge entlang des Bewegungspfads an den einzelnen Stützelementen 10 bzw. Umlenkelementen 12 befestigt wird. Zudem ist die Auswerte- und Steuereinheit 24 ausgebildet, um den mindestens einen Antrieb so anzusteuern, dass die Position und/oder die Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements 10, 10A, 10B, 10C, 10D entsprechend der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur eingestellt wird. Des Weiteren ist die Auswerte- und Steuereinheit 24 ausgebildet, um die Schweißvorrichtung 24 so anzusteuern, dass an vorgegebenen lokalen Punkten der korrespondierenden dreidimensionalen Struktur, an welchen sich verschiedene Lagen 7C, 7D des FVK-Tapes 7 kreuzen, diese miteinander verschweißt werden, um einen Kreuzungspunkt 9 zu erzeugen.
  • Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wird in der Darstellung durch die Ablagevorrichtung 5 eine erste Lage 7A aus FVK-Tape 7 ausgehend von einem Umlenkelement 12 an einem ersten Stützelement 10A über ein Umlenkelement 12 an einem zweiten Stützelement 10B zu einem Umlenkelement 12 an einem dritten Stützelement 10C gelegt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurden die vier Stützelemente 10A, 10B, 10C, 10D vorab positioniert und ausgerichtet. Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, wird die gelegte erste Lage 7A des FVK-Tapes 7 durch entsprechende Stellbewegungen SB der Stützelemente 10A, 10B, 10C gespannt. Anschließend wird, wie aus 5 ersichtlich ist, eine zweite Lage 7B aus FVK-Tape 7 ausgehend vom Umlenkelement 12 am ersten Stützelement 10A über ein Umlenkelement 12 an einem vierten Stützelement 10D zum Umlenkelement 12 am dritten Stützelement 10C gelegt. Nach der Ablage der zweiten Lage 7B des FVK-Tapes 7 wird das FVK-Tape 7 durch entsprechende nicht dargestellte Stellbewegungen SB der Stützelemente 10A, 10C, 10D gespannt. Anschließend werden weitere nicht dargestellte Lagen aus FVK-Tape 7 gelegt, bis die gewünschte dreidimensionale Struktur gefertigt ist. Somit können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 verschiedene dreidimensionale Strukturen aus einem FVK-Tape 7 gelegt werden. Alternativ kann die Ablagevorrichtung 5 das FVK-Tape 7 zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen in einem Wickelprozess um die Umlenkelemente 12 wickeln. Das FVK-Tape 7 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus unidirektional gerichteten Fasern und aus einem duroplastischen oder thermoplastischen Matrixmaterial. Als Fasermaterial können beispielsweise Kohlenstofffasern, Glasfasern, Naturfasern, wie beispielsweise Flachs, Sisal, Hanf usw., oder Mischfasern verwendet werden.
  • Wie aus 3 bis 5 weiter ersichtlich ist, sind die Stützelemente 10A, 10B, 10C, 10D im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stäbe aus Metall ausgeführt, an welchen jeweils ein schematisch dargestelltes Umlenkelement 12 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel können die Stützelemente 10A, 10B, 10C, 10D bzw. Stäbe je nach Anordnung und zu fertigender dreidimensionaler Struktur in Längsrichtung x und/oder Querrichtung y frei in einer x-y-Ebene verschoben werden. Zusätzlich können die dargestellten einzelnen Stützelementen 10A, 10B, 10C, 10D um ihre in Hochrichtung z verlaufende Hochachse rotiert werden. Die Bewegungen der Stützelemente 10A, 10B, 10C, 10D können beispielsweise über nicht dargestellte Servomotoren erzeugt werden. Zudem können die Umlenkelemente 12 in Hochrichtung z in verschiedenen Höhen am korrespondierenden Stützelement 10A, 10B, 10C, 10D angeordnet werden. Die Umlenkelemente 12 können beispielsweise als ausziehbare Hülsen bzw. Muttern oder Scheiben ausgeführt werden.
  • Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, ist in der Darstellung eine erste Lage 7C aus FVK-Tape 7 ausgehend von einem ersten Stützelement 10A über ein zweiten Stützelement 10B zu einem dritten Stützelement 10C gelegt. Zudem ist eine zweite Lage 7D aus FVK-Tape 7 ausgehend vom dritten Stützelement 10C über ein viertes Stützelement 10D zum ersten Stützelement 10A gelegt, wobei sich die beiden Lagen 7C, 7D an einem Kreuzungspunkt 9 kreuzen. An diesem Kreuzungspunkt 9 sind die beiden Lagen 7C, 7D des FVK-Tapes 7 miteinander verschweißt, um die Stabilität bzw. Belastbarkeit der dreidimensionalen Struktur zu verbessern.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen
    3
    Wickelkörperform
    3.1
    Grundplatte
    5
    Ablagevorrichtung
    7
    FVK-Tape
    7A, 7B, 7C, 7D
    Lage
    9
    Kreuzungspunkt
    10, 10A, 10B, 10C, 10D
    Stützelement
    12
    Umlenkelement
    20
    Industrieroboter
    22
    Auswerte- und Steuereinheit
    24
    Schweißvorrichtung
    100
    Vorrichtung zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen
    S100 bis S130
    Verfahrensschritt
    x
    Längsrichtung
    y
    Querrichtung
    z
    Hochrichtung
  • 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
    • DE 102016012534 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape (7), mit einer Wickelkörperform (3), welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen (10) und eine Mehrzahl von Umlenkelementen (12) umfasst, und einer Ablagevorrichtung (5), welche dafür vorgesehen ist, das FVK-Tape (7) entsprechend eines vorgegebenen Bewegungspfads zu führen und an den Komponenten der Wickelkörperform (3) zu befestigen, so dass daraus eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (10) in ihrer Position und/oder Ausrichtung einstellbar sind, sodass sich hierdurch in Zusammenwirken mit einem entsprechend angepassten Bewegungspfad eine jeweilige Formvariation der gewickelten oder gelegten dreidimensionalen Struktur ergibt.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Antrieb Position und/oder Ausrichtung von mindestens einem Stützelement (10) der Mehrzahl von Stützelementen (10) einstellt.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Antrieb die Position und/oder die Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements (10) vor und/oder während des Wickel- oder Ablagevorgangs einstellt.
  4. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schweißvorrichtung (24) verschiedene Lagen (7C, 7D) des FVK-Tapes (7) an einem Kreuzungspunkt (9) miteinander verschweißt.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerte- und Steuereinheit (24) ausgebildet ist, die Ablagevorrichtung (5) entlang des vorgegebenen Bewegungspfads zu führen.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (24) ausgebildet ist, den mindestens einen Antrieb anzusteuern, um die Position und/oder die Ausrichtung des korrespondierenden Stützelements (10) einzustellen.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (24) ausgebildet ist, die Schweißvorrichtung (24) anzusteuern, um die verschiedenen Lagen (7C, 7D) des FVK-Tapes (7) an einem Kreuzungspunkt (9) miteinander zu verschweißen.
  8. Verfahren (100) zur Fertigung von dreidimensionalen Strukturen aus FVK-Tape (7), mit den Schritten: Bereitstellen einer Wickelkörperform (3), welche als Komponenten eine Mehrzahl von Stützelementen (10) und eine Mehrzahl von Umlenkelementen (12) umfasst, und einer Ablagevorrichtung (5) mit FVK-Tape (7), Positionen und/oder Ausrichten von zumindest einem Stützelement (10) der Mehrzahl von Stützelementen (10) in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur, Führen der Ablagevorrichtung (5) mit dem FVK-Tape (7) entlang eines vorgegebenen Bewegungspfads und Befestigen des FVK-Tapes (7) an den Komponenten der Wickelkörperform (3) entlang des Bewegungspfads in Abhängigkeit der zu fertigenden dreidimensionalen Struktur, wobei das FVK-Tape (7) in einzelnen Lagen (7A, 7B, 7C, 7D) geführt und befestigt wird, sodass aus der Gesamtheit der Lagen (7A, 7B, 7C, 7D) aus FVK-Tape (7) eine gewickelte oder gelegte dreidimensionale Struktur gebildet wird, Verändern der Position und/oder der Ausrichtung von zumindest einem Stützelement (10) der Mehrzahl von Stützelementen (10) nach einer vorgebbaren Anzahl von aufgebrachten Lagen (7A, 7B, 7C, 7D), um die korrespondierende Anzahl von Lagen (7A, 7B, 7C, 7D) zu spannen.
  9. Dreidimensionale Struktur aus einem FVK-Tape, dadurch gekennzeichnet, dass die dreidimensionale Struktur mit Hilfe einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gefertigt wurde.
  10. Dreidimensionale Struktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das FVK-Tape (7) duroplastisch oder thermoplastisch ist.
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DE102016012534A1 (de) * 2016-10-20 2017-04-20 Daimler Ag System und Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus faserverstärktem Kunststoff

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