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Die Erfindung betrifft eine Vorspannvorrichtung zum Einbringen einer Vorspannung in einen geförderten Materialstrang aus faserverstärktem Kunststoff. Ferner betrifft die Erfindung ein Vorspannsteuerungssystem zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebes eines Materialstranges sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebes eines Materialstranges.
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Faserverstärkte Kunststoffe werden aufgrund ihres niedrigen Gewichts und ihren vorteilhaften mechanischen Eigenschaften vermehrt zur Herstellung von Fahrzeugbauteilen in Skelettbauweise eingesetzt. Als Ausgangsmaterial für die Herstellung derartiger Fahrzeugteile können endlosfaserverstärkte Thermoplaste (CFRTP), Rovings, Halbzeuge aus Endlosfaserplatten oder auch Kurz- und Langfaserstreifen oder Platten verwendet werden.
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Als Fasern können Kohlefasern, Glasfasern oder Naturfaser eingesetzt werden, die in eine Matrix aus Polycaprolactam (PA6), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat (PC) oder ein Blend aus Polycarbonat und Acrylnitril Butadien Styrol (PC-ABS) eingebettet sind.
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Zur Fertigung von Bauteilen aus endlosfaserverstärkten thermoplastischen Verbundwerkstoffen werden selbige als aufgerollte Endlosmaterialstränge beim Materiallieferanten eingekauft. Für die kontinuierliche und diskontinuierliche Verarbeitung eines Materialstranges muss dieser von dem Transportbehälter abgerollt und dem weiteren Verarbeitungsprozess zugeführt werden. Dies kann im sogenannten Vorschubverfahren erfolgen, indem der Materialstrang von dem Transportbehälter mittels eines Vortriebes gezogen wird. Der Vortrieb ist direkt vor einer Verarbeitungseinrichtung angeordnet. Sollen eine Vielzahl an Einzelsträngen zu einem Bündel verarbeitet werden, so werden mehrere Materialstränge abgezogen und einer Verarbeitungseinrichtung zugeführt.
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Aus
DE 10 2017 219 774 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Faser-Matrix-Verbund-Profile mit axial rotierendem Querschnitt bekannt. Die Vorrichtung weist eine Faserzuführungseinrichtung in Form eines Spulenständers auf, von dessen Spulen vorimprägnierte Rovings abgezogen und in einer Sammeldüse zusammengeführt werden.
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Des Weiteren geht aus
DE 10 2018 201 347 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen faserverstärkten Halbzeugen hervor, bei welchen mehrere Endlosfasern mittels einer Abzugseinheit unter Zugbeaufschlagung durch ein Formgebungswerkzeug geführt werden. Die Abzugseinheit ist bei dieser Vorrichtung nach dem Formgebungswerkezug angeordnet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorspannvorrichtung, ein Vorspannsteuerungssystem sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebes eines Materialstranges zu schaffen, die eine Steuerung der Vorspannung eines Materialstranges aus faserverstärktem Kunststoff zur Zuführung zu einer Verarbeitungseinrichtung ermöglichen.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorspannvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Vorspannsteuerungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebes eines Materialstranges eine Vortriebssteuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorspannvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorspannvorrichtung zum Einbringen einer Vorspannung in einen Materialstrang aus faserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, die eine linear verschiebbare Verschiebeeinrichtung, eine mit der Verschiebeeinrichtung in Verbindung stehende Vorspannkrafteinrichtung zur Ausübung einer Vorspannkraft auf die Verschiebeeinrichtung und einen länglichen Hohlkörper aufweist, durch den der Materialstrang hindurchführbar ist, wobei der längliche Hohlkörper einen flexiblen Endabschnitt aufweist, der mit der Verschiebeeinrichtung verbunden ist, so dass der flexible Endabschnitt linear verschiebbar und vorgespannt gelagert ist.
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Die Vorspannvorrichtung ermöglicht die Einstellung der Vorspannung des Materialstrangs auf einen bestimmten Wert und gleichzeitig die Einhaltung der Vorspannung des Materialstrangs in bestimmten Grenzen. Zudem erlaubt die Vorspannvorrichtung eine dynamische Veränderung der Vorspannung im Betrieb. Da der flexibel Endabschnitt biegsam und damit bewegbar ist und zudem linear verschiebbar und vorgespannt gelagert ist, kann der Materialstrang transportiert werden und zudem kann eine Vorspannung in dem Materialstrang konstant gehalten werden. Durch die Bewegbarkeit des flexiblen Endabschnitts wirkt dieser ähnlich einer linear wirkenden Tänzerrolle, wie diese beispielsweise in der Blechcoil-Verarbeitung oder Faser- und Stoffverarbeitung bekannt ist. Zieht der Nachfolgeprozess den Materialstrang aus dem länglichen Hohlkörper, ohne dass ausreichend Materialstrang nachgefördert wird, wird die Vorspannkrafteinrichtung zusammengedrückt, beziehungsweise die Vorspannung steigt. Umgekehrt, wenn der Materialstrang zu schnell nachgefördert wird, wird die Vorspannkrafteinrichtung auseinandergedrückt, beziehungsweise die Vorspannung nimmt ab. Da der mit der Verschiebeeinrichtung verbundene Endabschnitt flexibel ist, wir der flexible Endabschnitt je nachdem, ob die Vorspanneinrichtung zusammengedrückt oder auseinandergedrückt wird, gebogen oder in die Länge gezogen. Wenn die Vorspanneinrichtung zusammengedrückt wird, dann wird das flexible Endstück gebogen und dient so als Materialspeicherung beziehungsweise Entkopplung der Vortriebsbewegung des Materialstrangs. Wenn die Vorspanneinrichtung auseinandergedrückt wird, wird das flexible Endstück in die Länge gezogen, so dass mehr Material gefördert wird. Ferner ermöglicht die Vorspannvorrichtung das effiziente Zuführen eines Materialstrangs zu einer Verarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise einer Wickel-, Walz-, Pultrudier- oder Verformeinheit, indem der Materialstrang in den länglichen Hohlkörper geschoben wird. Zudem kann die Vorspannvorrichtung von der Antriebseinheit entkoppelt werden, so dass diese gesondert von der Verarbeitungseinrichtung im Prozessablauf angeordnet werden kann, so dass die Vorspanneinrichtung so kompakt und leicht wie möglich ausgeführt werden kann. Dadurch wird eine robotergeführte Fertigung mit der Verarbeitungseinrichtung möglich.
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Die Verschiebeinrichtung kann eine Durchgangsöffnung aufweisen, durch welchen der Materialstrang hindurchgeführt werden kann.
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Der Materialstrang kann über eine Antriebseinheit, in den länglichen Hohlkörper fördern beziehungsweise schieben. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Materialstrang in dem länglichen Hohlkörper mittels des sogenannten Bowdenzug-Prinzip transportiert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich die raumgreifende Antriebseinheit des Materialstrangs vor der Durchführung des Materialstrangs durch den länglichen Hohlkörper. Die Antriebseinheit wirkt somit als Vortrieb für den Materialstrang. Somit kann die Antriebseinheit auch als Vortrieb oder Vortriebseinheit bezeichnet werden. Die Antriebseinheit kann als Elektromotor, insbesondere steuerbarer Elektromotor ausgebildet sein. Die Antriebseinheit rollt in einer vorteilhaften Ausgestaltung den Materialstrang von einer Transportrolle ab und schiebt diesen in den länglichen Hohlkörper.
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Über den länglichen Hohlkörper wird der Materialstrang durch die Vorspannvorrichtung geführt, so dass am Ende der Vorspannvorrichtung der Materialstrang eine vorgegebene Vorspannung aufweist. Vorteilhaft ist die Vorspannvorrichtung derart ausgebildet, dass diese die Vorspannung unabhängig von einer Abzugsgeschwindigkeit einer Verarbeitungseinrichtung nachgeschalteten Abzugseinheit im Prozess konstant hält.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der längliche Hohlkörper als Schlauch mit dem flexiblen Endabschnitt oder als Rohr mit dem flexiblen Endabschnitt ausgebildet. Der Schlauch kann über seine gesamte Länge flexibel sein. So kann eine Zwischenfixierung des Schlauchs, beispielsweise durch eine Schottverschraubung an einer Schottplatte oder über eine Werkzeugkupplung erfolgen, solange der Endabschnitt des Schlauchs flexibel ist, um die nötige Bewegungsfreiheit zuzulassen. Das Rohr kann als starres Rohr mit einem flexiblen Endabschnitt ausgebildet sein, der die erforderliche Bewegungsfreiheit ermöglicht. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hohlkörper an einer Antriebseinheit zum Abziehen des Materialstrangs von einer Transportrolle anflanschbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Wegmesseinrichtung zur Messung einer linearen Bewegung der Verschiebeeinrichtung und/oder eine Vorspannkraftmesseinrichtung zur Messung der Vorspannkraft vorgesehen. Mittels der Wegmesseinrichtung kann eine Wegänderung der Verschiebeeinrichtung detektiert werden. Mittels der Vorspannkraftmesseinrichtung kann eine Änderung der Vorspannkraft detektiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Wegmesseinrichtung und/oder die Vorspannkraftmesseinrichtung mit einem Steuergerät verbunden. Dadurch kann die detektierte Änderung der linearen Bewegung und/oder die detektierte Änderung der Vorspannkraft an eine Steuereinrichtung weitergegeben werden, welche den Vortrieb der Antriebseinheit steuert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Wegmesseinrichtung einen am flexiblen Endabschnitt oder an der Verschiebeeinrichtung angeordneten Magneten und einen Hall-Sensor auf. Mit Hilfe des Hall-Sensors kann aus der Änderung des Magnetfeldes auf die lineare Bewegung der Verschiebeeinrichtung geschlossen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Magnetfeld abgeschirmt. Dadurch können mehrere Vorspannvorrichtungen nebeneinander angeordnet werden. Insbesondere kann eine dichte Packung mehrerer Vorspannvorrichtungen realisiert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hall-Sensor mit einer Steuereinheit verbunden. Weiterhin vorteilhaft ist die Vorspannkraftmesseinrichtung als ein Kraftmesssensor ausgebildet, der mit der Vorspannkrafteinrichtung verbunden ist. Mit Hilfe des Kraftmesssensors kann die aktuell vorliegende Vorspannkraftänderung gemessen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kraftmesssensor mit einer Steuereinheit verbunden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorspannvorrichtung ein Gehäuse auf, in dem die Verschiebeeinrichtung linear verschiebbar angeordnet ist. Das Gehäuse dient als Lagerung für die Verschiebeeinrichtung und schützt selbige vor Verschmutzung, so dass eine lineare Bewegung der Verschiebeeinrichtung nicht beeinträchtigt und/oder blockiert wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Gehäuse im Querschnitt kreisförmig ausgebildet. Das Gehäuse kann aus Metall oder Kunststoff sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem ersten Ende des Gehäuses ein Verschlusselement mit einer Öffnung zum Hindurchführen des Hohlkörpers angeordnet. Das Verschlusselement verschließt das Gehäuse und verhindert ein Eindringen von Schmutzpartikeln, die eine lineare Bewegung der Verschiebeeinrichtung beeinträchtigen und/oder blockieren. Das Verschlusselement kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem ersten Ende des Gehäuses verbunden sein. Das Verschlusselement kann als Mutter ausgebildet sein, die in ein in dem ersten Ende des Gehäuses ausgebildetes Innengewinde eingeschraubt ist. Ferner kann das Verschlusselement in das erste Ende des Gehäuses eingepresst sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem zweiten Ende des Gehäuses ein Kupplungselement zum Verbinden des Gehäuses mit einer Verarbeitungseinrichtung angeordnet, wobei das Kupplungselement einen Durchgang zum Hindurchführen des vorgespannten Materialstrangs aufweist. Das Kupplungselement ermöglicht eine Anbindung der Vorspannvorrichtung an eine nachfolgende Verarbeitungseinrichtung, wie beispielsweise eine Verform-, Pultrudier-, Walz- oder Wickeleinrichtung. Das Kupplungselement kann formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem zweiten Ende des Gehäuses verbunden sein. Das Kupplungselement kann einen Außengewindeabschnitt aufweisen, der in ein am zweiten Ende des Gehäuses ausgebildetes Innengewinde eingeschraubt ist. Darüber hinaus kann das Kupplungselement in das zweite Ende des Gehäuses eingepresst sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorspannkrafteinrichtung als eine Feder, ein pneumatischer Zylinder, ein hydraulischer Zylinder oder eine elektromagnetische Spule ausgebildet. Vorteilhaft ist die Feder zwischen der Verschiebeeinrichtung und dem Kupplungselement angeordnet. Weiterhin vorteilhaft stützt sich die Feder an der Verschiebeeinrichtung und dem Kupplungselement ab. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der vorgespannte Materialstrang durch die Feder hindurchgeführt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Vorspannsteuerungssystem zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebes eines Materialstrangs aus faserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, das wenigstens eine Vorspanneinrichtung und eine Steuereinrichtung aufweist, die mit einer Antriebseinheit zum Vortrieb des Materialstranges und/oder einer Abzugseinheit zum Abziehen des Materialstrangs aus einer Verarbeitungseinrichtung verbindbar ist, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, eine Änderung der linearen Bewegung der Verschiebeeinheit und/oder eine Änderung der Vorspannkraft der Vorspannkrafteinrichtung zu detektieren und daraus wenigstens ein Steuersignal zu erzeugen, das die Antriebseinheit und/oder die Abzugseinheit steuert.
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Durch die Kombination aus Vorspannvorrichtung und Steuereinrichtung kann die Vorspannung des Materialstrangs auf einen bestimmten Wert eingestellt und in bestimmten Grenzen gehalten werden. Das Vorspannsteuerungssystem erlaubt eine dynamische Veränderung der Vorspannung im Betrieb, indem die Steuereinrichtung die Antriebseinheit und/oder die Abzugseinheit steuert. So kann die Steuereinrichtung die Geschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Antriebseinheit und/oder der Abzugseinheit steuern. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuereinrichtung mit der Wegmesseinrichtung und/oder der Vorspannkraftmesseinrichtung verbunden, so dass die detektierten beziehungsweise gemessenen Weg- beziehungsweise Kraftinformationen in der Steuereinheit zu Steuersignalen umgewandelt werden, welche die Antriebseinheit und/oder Abzugseinheit steuert. Dadurch kann eine präzise Steuerung der Vorspannung realisiert werden. So kann ein Zusammendrücken der Vorspannkrafteinrichtung zu einem Anschalten des Vortriebs führen. Eine neutrale Stellung beziehungsweise Mittelstellung, in welcher sich die Verschiebeeinrichtung nicht bewegt und/oder die Vorspannung der Vorspannkrafteinrichtung nicht ändert, kann zu einem Abschalten der Vortriebseinheit führen. Ein Auseinanderdrücken der Vorspannkrafteinrichtung kann zu einem Rückwärtsfahren der Antriebseinheit führen. Statt dem Anschalten der Antriebseinheit kann mittels dem Steuersignal eine Bremsvorrichtung angesteuert werden, welche beim Zusammenschieben der Vorspannkrafteinrichtung die Antriebseinheit freigibt. Dadurch kann das Vorspannsteuerungssystem auch bei manuell betätigten Vortrieben genutzt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Steuergerät zusätzlich eine Vorschubgeschwindigkeit des Materialstrangs zu detektieren.
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Ferner kann das Vorspannsteuerungssystem zur Synchronisierung der Antriebseinheit vor dem länglichen Hohlkörper und einer Abzugseinheit, welche einer Verarbeitungseinrichtung nachgeschaltet ist, eingesetzt werden. Wenn die nachfolgende Abzugseinheit zu schnell ist, so zieht sich die Vorspannkrafteinrichtung zusammen, und über die Detektion der Änderung der linearen Bewegung der Verschiebeeinrichtung und/oder einer Änderung der Vorspannkraft wird die Geschwindigkeit der Antriebseinheit erhöht. Wenn die Abzugseinrichtung langsamer als die Antriebseinheit ist, entspannt sich die Vorspannkrafteinrichtung, und über die Detektion der Änderung der linearen Bewegung der Verschiebeeinrichtung und/oder der Vorspannkraft wird die Geschwindigkeit der Antriebseinheit erniedrigt. Die Synchronisierung kann auch umgekehrt realisiert werden, indem nicht die Antriebseinheit an die Geschwindigkeit der Abzugseinheit angeglichen wird, sondern die Geschwindigkeit der Abzugseinheit wird an die Geschwindigkeit der Antriebseinheit angepasst.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Geschwindigkeit der Antriebseinheit und/oder der Abzugseinheit in Inkrementen erhöht und/oder verringert werden, um die Geschwindigkeit nach und nach anzupassen, bis die Wegmesseinrichtung und/oder Kraftmesseinrichtung wieder Werte im vorgegebenen Bereich ausgibt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebs eines Materialstrangs aus faserverstärktem Kunststoff mittels eines Vorspannsteuerungssystems vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird zunächst eine lineare Bewegung der Verschiebeeinheit und/oder einer Vorspannkraft der Vorspannkrafteinrichtung gemessen. Anschließend wird wenigstens ein Steuersignal auf Basis der gemessenen linearen Bewegung und/oder der gemessenen Vorspannkraft erzeugt. Schließlich werden eine Antriebseinheit und/oder eine Abzugseinheit auf Basis des erzeugten Steuersignals angesteuert.
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Nachfolgend werden eine Vorspannvorrichtung, ein Vorspannsteuerungssystem, ein Verfahren zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebs eines Materialstrangs aus faserverstärktem Kunststoff sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Vorspannvorrichtung, einer vorgeschalteten Antriebseinheit und einer nachgeschalteten Verarbeitungseinrichtung;
- 2 mehrere nebeneinander angeordnete Vorspannvorrichtungen mit Abschirmeinrichtungen zur Abschirmung eines Magnetfelds; und
- 3 eine perspektivische Darstellung mehrerer nebeneinander dicht angeordneter Vorspannvorrichtungen.
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In 1 ist ein Vorspannsteuerungssystem 10 zur Steuerung einer Vorspannung und eines Vortriebs eines Materialstrangs 12 aus faserverstärktem Kunststoff gezeigt, das einer Verarbeitungseinrichtung 44, die beispielsweise eine Verform-, Pultrudier-, Walz- oder Wickelvorrichtung sein kann zur Weiterverarbeitung des Materialstranges 12 zugeführt wird.
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Das Vorspannsteuerungssystem 10 weist eine Vorspannvorrichtung 14 zum Einbringen einer Vorspannung in den Materialstrang 12 und eine Steuereinrichtung 16 auf.
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Die Vorspannvorrichtung 14 weist eine linear verschiebbare Verschiebeeinrichtung 18, eine mit der Verschiebeeinrichtung 18 in Verbindung stehende Vorspannkrafteinrichtung 20 zur Ausübung einer Vorspannkraft auf die Verschiebeeinrichtung 18 und einen länglichen Hohlkörper 22, durch den der Materialstrang 12 hindurchführbar ist, ein Gehäuse 24, in dem die Verschiebeeinrichtung 18 linear verschiebbar gelagert ist, und eine Wegmesseinrichtung 26 zur Messung einer linearen Bewegung der Verschiebeeinrichtung 18 auf.
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Das Gehäuse 24 ist als Hohlzylinder 28 ausgebildet, wobei ein erstes Ende 30 des Gehäuses 24 mittels eines Verschlusselements 32 und ein zweites Ende 34 des Gehäuses 24 mittels eines Kupplungselements 36 verschlossen sind. Das Gehäuse 24 kann aus Metall oder Kunststoff sein.
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Das Verschlusselement 32 weist eine Öffnung 38 zum Hindurchführen des Hohlkörpers 22 auf. Das Verschlusselement 32 kann mit dem ersten Ende 30 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Vorliegend ist das Verschlusselement 32 mittels eines Außengewindes 40 in ein Innengewinde 42 des ersten Endes 30 eingeschraubt.
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Das Kupplungselement 36 dient zum Verbinden der Vorspannvorrichtung 46 mit der Verarbeitungseinrichtung 44, wobei das Kupplungselement 36 einen Durchgang 46 zum Hindurchführen des Materialstrangs 12 aufweist. Das Kupplungselement 36 kann mit dem zweiten Ende 34 und der Verarbeitungseinrichtung 44 formschlüssig, kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Vorliegend ist das Kupplungselement 36 mittels eines Außengewindes 40 in ein Innengewinde 42 des zweiten Endes 30 eingeschraubt.
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Die Verschiebeeinrichtung 18 ist vorliegend als Zylinder 48 ausgebildet, der aus einem gleitfähigen Material, wie beispielsweise Metall oder Kunststoff ist, so dass die Verschiebeeinrichtung 18 linear beweglich innerhalb des Gehäuses 24 gelagert ist. Die Verschiebeinrichtung 18 weist eine Durchgangsöffnung 49 auf, so dass der Materialstrang 12 durch die Verschiebeeinrichtung 18 hindurchgeführt werden kann.
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Der längliche Hohlkörper 22 ist vorliegend als Schlauch 50 ausgebildet, der einen flexiblen Endabschnitt 52 aufweist. Wie in 1 ersichtlich ist, ist der Schlauch 50 mit einer Antriebseinheit 54 verbunden, die den Materialstrang 12 in den Schlauch 50 hineinfördert. Der flexible Endabschnitt 52 ist mit der Verschiebeeinrichtung 18 über ein Verbindungsstück 56 verbunden.
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Die Vorspannkrafteinrichtung 20 ist vorliegend als Feder 58 ausgebildet und stützt sich an der Verschiebeeinrichtung 18 sowie dem Kupplungselement 36 ab, um eine Vorspannkraft auf die Verschiebeeinrichtung 18 auszuüben.
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Die Wegmesseinrichtung 26 weist einen Magneten 60, der in dem Verbindungsstück 56 integriert ist, und einen Hall-Sensor 62 auf, der an einer Außenseite 64 des Gehäuses 24 angeordnet ist.
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Die Steuereinrichtung 16 ist mit der Wegmesseinrichtung 26, insbesondere dem Hall-Sensor 62 und der Antriebseinheit 54 verbunden. Darüber hinaus ist die Steuereinrichtung 16 mit einer nicht dargestellten Abzugseinheit, welche der Verarbeitungseinrichtung 44 nachgeschaltet ist, verbunden. Die Abzugseinheit zieht den verarbeiteten Materialstrang 12 aus der Verarbeitungseinrichtung 44.
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Im Folgenden wird ein mögliches Verfahren zur Steuerung der Vorspannung und des Vortriebs des Materialstrangs 12 mittels des Vorspannsteuerungssystems 10 beschrieben. Die Antriebseinheit 54 fördert den Materialstrang 12 in den als Schlauch 50 ausgebildeten Hohlkörper 22. Wenn die Verarbeitungseinrichtung 44 den Materialstrang 12 aus dem Hohlkörper 22 zieht, ohne dass die Antriebseinheit 54 genug Material nachfördert, wird die Feder 58 zusammengedrückt, beziehungsweise die Vorspannung steigt. Wenn die Antriebseinheit 54 das Material zu schnell fördert, wird die Vorspannkrafteinrichtung 20 auseinandergedrückt, beziehungsweise die Vorspannung nimmt ab. Aufgrund der Änderung der Vorspannkraft der Feder 58, bewegt sich die Verschiebeeinrichtung 18. Diese Änderung der linearen Bewegung der Verschiebeeinrichtung 18 wird mittels der Wegmesseinrichtung 26 gemessen, indem der Hall-Sensor 62 bei einer linearen Bewegung des Magneten 60 eine Änderung des Magnetfelds detektiert. Die Bewegungsinformation wird in der Steuereinrichtung 16 zu Steuersignalen für die Antriebseinheit 54 umgewandelt. So führt ein Zusammenschieben der Feder 58 zu einem Steuersignal, welches die Antriebseinheit 54 anschaltet. Bleibt die Verschiebeeinrichtung 18 in ihrer voreingestellten Position, so wird in der Steuereinrichtung 16 ein Signal erzeugt, welches zum Abschalten der Antriebseinheit 54 führt. Wird die Feder 58 auseinandergedrückt, wird in der Steuereinrichtung 16 ein Signal erzeugt, welches zu einem Rückwärtsfahren der Antriebseinheit 54 führt. Dadurch kann die gewünschte Vorspannung des Materialstrangs 12 steuerungstechnisch auf einen bestimmten Wert eingestellt und in bestimmten Grenzen gehalten werden.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels des Vorspannsteuerungssystems 10 eine Synchronisierung der Antriebseinheit 54 mit einer nicht dargestellten Abzugseinheit, welche der Verarbeitungseinrichtung 44 nachgeschaltet ist, zu realisieren. Ist die Abzugseinrichtung zu schnell, so zieht sich die Feder 58 zusammen, und über die Detektion dieser Wegänderung wird die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 54 erhöht. Ist die Abzugseinrichtung langsamer als die Antriebseinheit 54, entspannt sich die Feder 58, und über de Detektion dieser Wegänderung wird die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 54 erniedrigt. Diese Synchronisierung kann auch umgekehrt realisiert werden, indem nicht die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 54 angeglichen wird, sondern die Geschwindigkeit der Abzugseinrichtung wird an die Geschwindigkeit der Antriebseinheit 54 angepasst.
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In 2 sind mehrere nebeneinander angeordnete Vorspannvorrichtungen 14 gezeigt, die alle mit der Steuereinrichtung 16 verbunden sind. Durch eine Abschirmung 66 des Magnetfelds jeder einzelnen Vorspannvorrichtung 14 kann eine dichte Packung an Vorspannvorrichtungen 14 realisiert werden, wie dies in 3 gezeigt ist.
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Das Vorspannsteuerungssystem 10 erlaubt eine dynamische Veränderung der Vorspannung im Betrieb, indem die Steuereinrichtung 16 die Antriebseinheit 54 steuert. Dadurch kann die Vorspannung des Materialstrangs 12 auf einen bestimmten Wert eingestellt und in bestimmten Grenzen gehalten werden, indem das Vorspannsteuerungssystem 10 die Geschwindigkeit und/oder die Drehrichtung der Antriebseinheit 16 steuert. Ferner kann das Vorspannsteuerungssystem 10 zur Synchronisierung der Antriebseinheit 54 einer Abzugseinheit, welche einer Verarbeitungseinrichtung nachgeschaltet ist, eingesetzt werden. Zudem kann die Vorspannvorrichtung 14 von der Antriebseinheit 54 entkoppelt werden, so dass diese gesondert von der Verarbeitungseinrichtung 44 im Prozessablauf angeordnet werden kann, so dass die Vorspanneinrichtung 14 so kompakt und leicht wie möglich ausgeführt werden kann. Dadurch wird eine robotergeführte Fertigung mit der Verarbeitungseinrichtung möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorspannsteuerungssystem
- 12
- Materialstrang
- 14
- Vorspannvorrichtung
- 16
- Steuereinrichtung
- 18
- Verschiebeeinrichtung
- 20
- Vorspannkrafteinrichtung
- 22
- Hohlkörper
- 24
- Gehäuse
- 26
- Wegmesseinrichtung
- 28
- Hohlzylinder
- 30
- erstes Ende
- 32
- Verschlusselement
- 34
- zweites Ende
- 36
- Kupplungselement
- 38
- Öffnung
- 40
- Außengewinde
- 42
- Innengewinde
- 44
- Verarbeitungseinrichtung
- 46
- Durchgang
- 48
- Zylinder
- 49
- Durchgangsöffnung
- 50
- Schlauch
- 52
- flexibler Endabschnitt
- 54
- Antriebseinheit
- 56
- Verbindungsstück
- 58
- Feder
- 60
- Magnet
- 62
- Hall-Sensor
- 64
- Außenseite
- 66
- Abschirmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017219774 A1 [0005]
- DE 102018201347 A1 [0006]
