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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Schichtaufbauten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13, eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 14 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 15.
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Die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen nimmt heutzutage stark zu. Dies gilt insbesondere für glasfaserverstärkte und kohlefaserverstärkte Kunststoffe, deren Verwendung aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach Leichtbaulösungen zunimmt. In besonderem Maße gilt dies für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für die Automobilindustrie.
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Eine große Herausforderung stellt jedoch noch immer die automatisierte Fertigung von glasfaserverstärkten und kohlefaserverstärkten Bauteilen (GFK- und CFK-Bauteilen) dar. So hat eine manuelle Bearbeitung hier immer noch einen großen Anteil in der Produktion.
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Bei der bekannten Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff (
DE 10 2014 002 950 A1 ), von der die Erfindung ausgeht, sind diverse Funktionsarbeiten zur Bearbeitung einer Bahn eines Fasergeleges aus faserverstärktem Kunststoff in einer Vorrichtung gebündelt. Die Bahn wird von einem Antrieb durch die Vorrichtung gefördert. Durch die Verwendung eines einzelnen Antriebs können Spannungen und schlimmstenfalls Verwerfungen in der Fasergelege-Bahn auftreten.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ihr Antriebskonzept verbessert wird, insbesondere um eine gleichmäßigere Förderung der Fasergelege-Bahn zu erreichen.
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Das obige Problem wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
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Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass ein Sekundärantrieb neben dem Primärantrieb vorgesehen sein kann, der ebenfalls die Fasergelege-Bahn antreibt. Wird dieser Sekundärantrieb mit einem Kraftsensor kombiniert, kann eine Regelung des Sekundärantriebs umgesetzt werden, die eine stabile und gleichmäßige Förderung der Fasergelege-Bahn auch bei Abweichungen zwischen den Antrieben, wie sie beispielsweise durch manuelle Eingriffe in die Vorrichtung entstehen können, ermöglicht.
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Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung mindestens einen Sekundärantrieb zum Antreiben der Fasergelege-Bahn aufweist, dass die Vorrichtung eine dem Sekundärantrieb zugeordnete Kraftmessanordnung mit einem Kraftsensor zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn mittels der Steueranordnung aufweist, dass die Steueranordnung den Sekundärantrieb in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis zur Regelung des Sekundärantriebs umfasst, dass die Steueranordnung in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb zugeordneten Kraftmessanordnung gemessene Bahnspannung als Ist-Wert dem Sekundärregelkreis zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreis eine Stellgröße, insbesondere die Drehzahl oder das Drehmoment, des Sekundärantriebs ermittelt und einstellt. Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 sind dem Primärantrieb ebenfalls ein Kraftsensor und ein Regelkreis zugeordnet, womit auch der Primärantrieb geregelt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 ist noch mindestens ein weiterer Sekundärantrieb vorgesehen, der ebenfalls geregelt ist. Damit kann die Bahnspannung der Fasergelege-Bahn über die Vorrichtung, insbesondere an kritischen Stellen der Verarbeitung der Fasergelege-Bahn, weiter optimiert werden.
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Anspruch 4 gibt bevorzugt vorhandene Funktionseinheiten an. Die Ansprüche 5 und 6 geben bevorzugte Ausgestaltungen der Fasergelege-Bahn und ihrer Verarbeitung, insbesondere bezüglich des Verbindens von Schichten der Fasergelege-Bahn, an. Besonders bei Schichtaufbauten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), deren Schichten während der Verarbeitung üblicherweise nur teilweise miteinander verbunden sind, kann es bei Abweichungen in der Bahnspannung zu einem Ablösen der Schichten voneinander kommen. Dieses erfordert ein teures manuelles Nacharbeiten oder führt zu Ausschuss.
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Bevorzugte Anordnungen der Antriebe sind Gegenstand von Anspruch 7. Anspruch 8 gibt bevorzugte Ausgestaltungen der Antriebe an, wobei in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eine Antriebsrolle eines Antriebs einen Überzug aus einem elastischen Material, insbesondere einem Schaumstoffmaterial, aufweist, mittels dessen Dicke-Schwankungen der Fasergelege-Bahn sowohl in einer Förderrichtung als auch quer dazu ausgeglichen werden können. Auch dies führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Kräfte innerhalb der Fasergelege-Bahn.
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Anspruch 9 betrifft die Anordnung des Kraftsensors zu dem zugeordneten Antrieb. Vorzugsweise ist der Kraftsensor dabei nah an dem Antrieb hinter dem Antrieb angeordnet.
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Die Ansprüche 10 und 11 betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Kraftmessanordnung. Gemäß Anspruch 10 kann diese eine Umlenkrolle aufweisen, an der die Fasergelege-Bahn umgelenkt wird. Diese Umlenkrolle kann flexibel gelagert sein. Gemäß Anspruch 11 kann der Kraftsensor eine Auslenkung der Umlenkrolle messen, die abhängig von der Bahnspannung ist. Es ist dabei bevorzugt, dass nur ein einzelner Kraftsensor vorgesehen ist, der in etwa mittig an der Umlenkrolle angeordnet ist. Aufgrund der relativ hohen Stabilität, insbesondere bei kohlefaser- und glasfaserverstärktem Kunststoff, kann ein einziger Kraftsensor ausreichen, um den Antrieb zu regeln, ohne dass quer zur Förderrichtung der Fasergelege-Bahn größere Abweichungen auftreten würden.
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Gemäß Anspruch 12 werden die Antriebe vorzugsweise in einer übergeordneten Synchronisierungsroutine miteinander synchronisiert, wodurch die Bahnspannung entlang der Vorrichtung einheitlich geregelt werden kann.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 13, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Schichtaufbauten beansprucht. Dabei wurde erkannt, dass die vorgeschlagene Kraftmessanordnung grundsätzlich auch bei anderen Werkstoffen Relevanz haben kann. Dabei kann die Vorrichtung im Übrigen im Wesentlichen ähnlich zu der Vorrichtung der ersten Lehre ausgestaltet sein. Auf alle Ausführungen zu der Vorrichtung der ersten Lehre darf verwiesen werden.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 14, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verwendung einer Vorrichtung der ersten oder zweiten Lehre zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff beansprucht. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen darf verwiesen werden.
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Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zur Steuerung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung beansprucht. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen sowie deren Verwendung darf verwiesen werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 ein Flugzeug mit Flugzugstrukturbauteilen, die vorschlagsgemäß hergestellt werden können,
- 2 eine schematische Abbildung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung,
- 3 schematisch ein mögliches Antriebskonzept der vorschlagsgemäßen Vorrichtung,
- 4 eine Kraftmessanordnung in einer perspektivischen Seitenansicht und
- 5 das vorschlagsgemäße Regelungskonzept als Regelkreis.
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Die 1a) zeigt ein Flugzeug 1 mit Flugzeugstrukturbauteilen 2. In dem Ausbruch der 1a) sind beispielsweise Spanten 2a und Stringer 2b als solche Flugzeugstrukturbauteile 2 gezeigt. Heute werden diese Flugzeugstrukturbauteile 2 auch als faserverstärkte Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt.
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Die in 2 dargestellte vorschlagsgemäße Vorrichtung 3 dient zur Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen. Die Vorrichtung 3 dient insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 wie Spanten 2a und Stringern 2b oder Vorformlingen dafür.
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Die Vorrichtung 3 weist hier mindestens zwei Funktionseinheiten 4 auf. Eine dieser Funktionseinheiten 4 ist eine Zuführeinheit 5 zum Zuführen einer Fasergelege-Bahn 6. Die Fasergelege-Bahn 6 besteht hier und vorzugsweise aus einem mit thermoplastischem Pulver bebinderten Fasermaterial und damit aus einem Faser-Matrix-Halbzeug, welches auch als Prepreg bezeichnet wird. Die Fasergelege-Bahn 6 besteht hier und vorzugsweise aus mehreren Schichten.
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Wie in 2 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass diese Schichten in der Zuführeinheit 5 erst zu der Fasergelege-Bahn 6 übereinander gelegt werden. In diesem Fall werden vier Schichten von den dargestellten Vorrats-Rollen 7 zu der Fasergelege-Bahn 6 übereinandergelegt. Alternativ kann die Fasergelege-Bahn 6 jedoch auch schon vorgefertigt sein und beispielsweise von einer einzigen Vorrats-Rolle 7 oder einer anderen Vorrichtung zugeführt werden.
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Die Funktionseinheiten 4 umfassen weiterhin eine Verarbeitungseinheit 8 zur Verarbeitung der Fasergelege-Bahn 6. Beispiele für eine derartige Verarbeitungseinheit 8 werden im Folgenden noch genannt. Wichtig ist hier jedoch, dass diese Verarbeitungseinheit 8 auf die Fasergelege-Bahn 6 einwirkt, die sich von der Zuführeinheit 5 bis zu der Verarbeitungseinheit 8 erstreckt. Die Fasergelege-Bahn 6 kann im weiteren Verlauf der Vorrichtung 3 noch geschnitten werden, die geschnittenen Teile der Fasergelege-Bahn 6 sind dann jedoch nicht mehr Teil der Fasergelege-Bahn 6. Die Fasergelege-Bahn 6 ist also entlang einer Förderrichtung F der Vorrichtung 3 einstückig.
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Die Vorrichtung 3 weist einen Primärantrieb 9 zum Antreiben der Fasergelege-Bahn 6 auf. Mittels dieses Primärantriebs 9 wird die Fasergelege-Bahn 6 durch die Vorrichtung 3 gezogen und/oder gedrückt.
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Die Vorrichtung 3 weist weiterhin eine Steueranordnung 10 zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs 9 auf.
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Wesentlich ist nun, dass die Vorrichtung 3 mindestens einen Sekundärantrieb 11 zum Antreiben der Fasergelege-Bahn 6 aufweist. In 2 ist der Sekundärantrieb 11 in Förderrichtung vor dem Primärantrieb 9 dargestellt, die Reihenfolge ist jedoch prinzipiell beliebig.
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Wesentlich ist weiterhin, dass die Vorrichtung 3 eine dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweist. Grundsätzlich kann es sich bei dem Kraftsensor 13 um einen beliebigen Kraftsensor 13 handeln. Die bevorzugte Ausgestaltung der Kraftmessanordnung 12 wird im Folgenden noch erläutert. Dieser misst hier und vorzugsweise eine Kraft FB, die abhängig von der Bahnspannung ist.
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Ebenfalls wesentlich ist, dass die Steueranordnung 10 den Sekundärantrieb 11 in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung eine Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt. Der Begriff „Bahnspannung“ ist hier weit auszulegen, sodass auch eine Kraft FB, die abhängig von der Bahnspannung ist, umfasst ist. Die Bahnspannung muss nicht im engen Sinne tatsächlich berechnet oder ermittelt werden.
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Der Sekundärregelkreis 14 ist in 5 dargestellt. Der Sekundärregelkreis 14 kann dabei wie folgt aufgebaut sein. Es wird, von links in 5, hier und vorzugsweise eine Führungsgröße 17 vorgegeben, die aus einer übergeordneten Drehzahlregelung und/oder einer Benutzervorgabe stammen kann. Hinter dem noch zu erläuternden Summationspunkt wird die Regelabweichung in einen Regler 18 eingespeist, der daraus eine Stellgröße 16 erzeugt. Mittels dieser Stellgröße 16 wird hier und vorzugsweise der Sekundärantrieb 11 angesteuert. Hier und vorzugsweise ist diese Stellgröße 16 der Motorstrom des Sekundärantriebs 11. In dem Regelkreis 14 folgt dann physikalisch der elektrische Teil 19 des Sekundärantriebs 11, der den Motorstrom in ein Drehmoment umsetzt. Dieses Drehmoment wird durch einen mechanischen Teil 20 des Sekundärantriebs 11 auf die Fasergelege-Bahn 6 appliziert. Der rückführende Zweig des Sekundärregelkreises 14 wird durch die Messung des Ist-Wertes 15 von der Kraftmessanordnung 12 initiiert. Die Bahnspannung als Ist-Wert 15 wird dann in einem weiteren Regler 21 umgerechnet und in dem Summationspunkt von der Führungsgröße 17 abgezogen.
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Hier und vorzugsweise wird über den Sekundärantrieb 11 die Bahnspannung geregelt. Die Stellgröße 16 des Sekundärregelkreises 14 und/oder des Sekundärantriebs 11 ist hier und vorzugsweise der Motorstrom oder das Drehmoment. Alternativ kann das Drehmoment oder die Drehzahl des Sekundärantriebs 11 geregelt werden. In diesem Fall ist also vorgesehen, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung als Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 dessen Drehmoment oder Drehzahl ermittelt und einstellt.
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Selbstverständlich sind auch weitere Verzweigungen des Sekundärregelkreises 14, Beobachter und dergleichen möglich.
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Die in den 2 und 3 dargestellte Steueranordnung 10 kann, anders als dargestellt, auch eine mehrteilige Steueranordnung 10 sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Primärantrieb 9 und der Sekundärantrieb 11 jeweils eine eigene Steueranordnung aufweisen, die nicht miteinander kommunizieren müssen. Dennoch werden sie hier zu der Steueranordnung 10 zusammengefasst. Vorzugsweise ist eine Gesamtsteuerung beispielsweise in einem Computer vorgesehen.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 3 eine weitere, dem Primärantrieb 9 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweist. Die Kraftmessanordnung 12, die dem Primärantrieb 9 zugeordnet ist, ist dabei hier und vorzugsweise im Wesentlichen gleich zur Kraftmessanordnung 12, die dem Sekundärantrieb 11 zugeordnet ist, ausgestaltet. Alle Ausführungen zu der Kraftmessanordnung 12, die dem Sekundärantrieb 11 zugeordnet ist, können auch für diese und alle weiteren noch zu erwähnenden Kraftmessanordnungen 12 gelten.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung 10 den Primärantrieb 9 in der Regelroutine ansteuert und dass die Regelroutine einen Primärregelkreis 22 zur Regelung des Primärantriebs 9 umfasst. Hier und vorzugsweise gelten alle Ausführungen zum Sekundärregelkreis 14 ebenso für den Primärregelkreis 22. Aus diesem Grund steht der in 5 gezeigte Regelkreis stellvertretend für den Primärregelkreis 22, den Sekundärregelkreis 14 und alle weiteren noch zu erwähnenden Regelkreise.
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Entsprechend ist es hier und vorzugsweise so, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Primärantrieb 9 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Primärregelkreis 22 zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Primärregelkreis 22 eine Stellgröße 16 des Primärantriebs 9 ermittelt und einstellt. Hier und vorzugsweise ist sogar vorgesehen, dass der Primärantrieb 9 und der Sekundärantrieb 11 im Wesentlichen identisch sind und entsprechend hierarchisch nebeneinander stehen.
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Hier und vorzugsweise weist die Vorrichtung 3 mindestens einen weiteren Sekundärantrieb 11 auf. Die Vorrichtung 3 kann eine weitere, dem weiteren Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweisen. Es kann dann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung 10 den weiteren Sekundärantrieb 11 in der Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen weiteren Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des weiteren Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem weiteren Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem weiteren Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem weiteren Sekundärregelkreis 14 eine Stellgröße 16 des weiteren Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt. Alle Ausführungen zu dem ersten Sekundärantrieb 11, der zugeordneten Kraftmessanordnung 12 und dem Sekundärregelkreis 14 gelten hier entsprechend. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 3 zwei weitere Sekundärantriebe 11, vorzugsweise drei weitere Sekundärantriebe 11, noch weiter vorzugsweise vier weitere Sekundärantriebe 11 und/oder mindestens zwei weitere Sekundärantriebe 11 auf.
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Mit Blick auf 2 können die folgenden Funktionseinheiten 4 vorgesehen sein. Hier und vorzugsweise ist eine Kompaktierungseinheit 23 zum Zusammenpressen der Fasergelege-Bahn 6 vorgesehen. Diese dient hier und vorzugsweise dazu, die Schichten der Fasergelege-Bahn 6 miteinander zu verpressen. Hier und vorzugsweise umfassen die Funktionseinheiten 4 weiterhin eine Heizeinheit 24 zum Erhitzen, insbesondere zum Verkleben, der Fasergelege-Bahn 6. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Bindemittel der Fasergelege-Bahn 6 bereits in dieser enthalten ist oder in der Vorrichtung 3 appliziert wird. Hier und vorzugsweise ist eine Heizeinheit 24 in Förderrichtung hinter einer Kompaktierungseinheit 23 angeordnet.
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Hier und vorzugsweise umfassen die Funktionseinheiten 4 eine Quer-Umformungseinheit 25 zum Umformen der Fasergelege-Bahn 6 in eine Richtung quer zur Förderrichtung F. Eine derartige Quer-Umformungseinheit 25 dient beispielsweise zum Erstellen von T-Profilen und U-Profilen. Entsprechend dient die Vorrichtung 3 hier und vorzugsweise zum Herstellen von T-Profilen und/oder U-Profilen. Hier und vorzugsweise sind daher die herstellbaren Vorformlinge T-Profile und/oder U-Profile.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten 4 eine Schneideinheit 26 zum Schneiden der Fasergelege-Bahn 6 umfassen. Nach der Schneideinheit 26 endet die Fasergelege-Bahn 6. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten 4 eine Längs-Umformungseinheit 27 umfassen, die zum Umformen der Fasergelege-Bahn 6 oder, wie in 2 dargestellt, Stücken 28 der Fasergelege-Bahn 6 in eine Richtung entlang der Förderrichtung F dienen.
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Hier und vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Fasergelege-Bahn 6 ein Schichtaufbau aus mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten aus faserverstärktem Kunststoff ist. Der faserverstärkte Kunststoff ist hier und vorzugsweise ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK).
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Wie ebenfalls in 2 dargestellt, umfassen die Funktionseinheiten 4 hier und vorzugsweise eine erste Heizeinheit 29 für ein erstes, insbesondere teilweises, Verkleben der Schichten miteinander. Dieses teilweise Verkleben ist hier und vorzugsweise ein Verkleben der Ränder entlang der Förderrichtung F. Die Funktionseinheiten 4 können eine zweite Heizeinheit 30 für ein zweites, insbesondere vollständiges, Verkleben der Schichten miteinander umfassen. In diesem Fall ist die zweite Heizeinheit 30 vorzugsweise am Ende der Vorrichtung 3 angeordnet und verklebt dort die längsumgeformten Stücke 28 der Fasergelege-Bahn 6. Hier und vorzugsweise entsteht dadurch ein Vorformling.
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Wie bereits erwähnt, weist die Vorrichtung 3 eine Förderrichtung F der Fasergelege-Bahn 6 auf. Hier und vorzugsweise ist die zweite Heizeinheit 30 in Förderrichtung F hinter der ersten Heizeinheit 29 angeordnet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Primärantrieb 9 und/oder mindestens ein Sekundärantrieb 11, entlang der Förderrichtung F, zwischen der ersten und der zweiten Heizeinheit 29, 30 angeordnet ist.
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Die Anordnung der Antriebe 9, 11 in der Vorrichtung 3 ist vorzugsweise derart getroffen, dass zwischen dem Primärantrieb 9 und dem Sekundärantrieb 11 zumindest eine Funktionseinheit 4 hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Sekundärantrieb 11 und dem weiteren Sekundärantrieb 11 zumindest eine Funktionseinheit 4, hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen den Antrieben 9, 11 jeweils zumindest eine Funktionseinheit 4, hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet. Entsprechend können die Antriebe 9, 11 an kritischen Stellen innerhalb der Vorrichtung 3 platziert werden.
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Der Aufbau der Antriebe 9, 11 kann schematisch der 3 entnommen werden. Hier und vorzugsweise weist der Primärantrieb 9 und/oder der Sekundärantrieb 11 und/oder der jeweilige weitere Sekundärantrieb 11 eine Antriebsrolle 31 zum Antreiben der Fasergelege-Bahn 6 auf. Die Antriebsrolle 31 kann eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft auf die Fasergelege-Bahn 6 ausüben. Sie überträgt hier und vorzugsweise das Drehmoment von dem jeweiligen Antrieb 9, 11 auf die Fasergelege-Bahn 6. Es ist besonders bevorzugt so, dass die Antriebsrolle 31 einen Überzug oder eine Oberfläche aus einem elastischen Material, insbesondere einem Schaumstoffmaterial oder einem Moosgummi oder einem Gummi oder Silikon oder Polyurethan, aufweist. Schichtmaterialien und insbesondere faserverstärkte Kunststoffmaterialien, dabei ganz besonders die, die noch nicht vollständig verklebt sind, können Schwankungen in ihrer Dicke aufweisen. Mittels des elastischen Materials können diese einfach ausgeglichen werden.
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Mit Blick auf 4 wird nun die bevorzugte Ausführungsform der Kraftmessanordnung 12 erläutert. Hier und vorzugsweise ist der Kraftsensor 13 in Förderrichtung F hinter dem zugeordneten Antrieb 9, 11 angeordnet. Dies betrifft hier und vorzugsweise den dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftsensor 13 und/oder den dem Primärantrieb 9 zugeordneten Kraftsensor 13 und/oder alle Kraftsensoren 13 der vorschlagsgemäßen Antriebe 9, 11. Zusätzlich oder alternativ ist der entsprechende Kraftsensor 13 hier und vorzugsweise, vorzugsweise der dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftsensor 13 und/oder der jeweilige Kraftsensor 13, vor der in Förderrichtung F auf den zugeordneten Antrieb 9, 11, insbesondere dem Sekundärantrieb 11, folgenden Funktionseinheit 4 angeordnet. In einer nicht gezeigten, jedoch ebenso bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftsensor 13 in Förderrichtung F vor dem jeweiligen zugeordneten Antrieb 9,11 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der entsprechende Kraftsensor 13, vorzugsweise der dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftsensor 13 und/oder der jeweilige Kraftsensor 13, hier und vorzugsweise dann hinter der in Förderrichtung F vor dem zugeordneten Antrieb 9, 11, insbesondere dem Sekundärantrieb 11, angeordneten Funktionseinheit 4 angeordnet.
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Der Betriff „Kraftsensor“ ist dabei weit auszulegen. Er kann auch mehrere Sensoren im engeren Sinne umfassen, wichtig ist, dass der Kraftsensor 13, wie dargestellt, an einer Stelle die Kraft misst. Mit einem Kraftsensor 13 können also nicht an mehreren voneinander beabstandeten Stellen Kraftwerte gemessen werden. Der Kraftsensor 13 umfasst hier und vorzugsweise ein oder mehrere Piezoelemente.
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Die Kraftmessanordnung 12 weist hier und vorzugsweise eine Umlenkrolle 32 auf, an der die Fasergelege-Bahn 6 umgelenkt wird. Die maximale Umlenkung der Fasergelege-Bahn 6 beträgt, insbesondere bei einem Schichtaufbau, vorzugsweise weniger als 90 Grad, weiter vorzugsweise weniger als 60 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 45 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 30 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 20 Grad. Es hat sich herausgestellt, dass starkes Umlenken zu einem Ablösen der Schichten voneinander führen kann.
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Die Umlenkrolle 32 ist hier und vorzugsweise flexibel gelagert. Hier und vorzugsweise ist die Umlenkrolle 32 schwenkbar gelagert. Die Umlenkrolle 32 ist dabei derart flexibel gelagert, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle 32 abhängig von der Bahnspannung ist. Diese Auslenkung ist dabei jedoch vorzugsweise kleiner als 1 cm, weiter vorzugsweise kleiner als 1 mm.
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Wie in 4 dargestellt, ist die Umlenkrolle 32 hier und vorzugsweise an zwei Seiten quer zur Förderrichtung F gelagert, insbesondere mittels jeweils eines Hebelarms 33, der jeweils schwenkbar an der Vorrichtung 3 im Übrigen gelagert ist.
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Hier und vorzugsweise ist es so, dass die Umlenkrolle 32 an den zwei Seiten quer zur Förderrichtung F flexibel gelagert ist und daher an beiden Seiten unabhängig voneinander auslenkbar ist. Wie aus der 4 ersichtlich, ist diese Unabhängigkeit dabei aufgrund der starren Umlenkrolle 32 nur im kleinen Maßstab gegeben.
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Hier und vorzugsweise misst der Kraftsensor 13 die Auslenkung der Umlenkrolle 32. Vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 auf einer der Fasergelege-Bahn 6 abgewandten Seite an der Umlenkrolle 32 an. Alternativ kann die Fasergelege-Bahn 6 zwischen der Umlenkrolle 32 und dem Kraftsensor 13 angeordnet sein.
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Der Kraftsensor greift dabei, wie dargestellt, hier und vorzugsweise nicht direkt an der Umlenkrolle 32 an, sondern über eine Andruckrolle 32a.
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Hier und vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 quer zur Förderrichtung F in einem Bereich zwischen 20% und 80% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F an. Weiter vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 in einem Bereich zwischen 30% und 70% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F, noch weiter vorzugsweise zwischen 40% und 60% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F, an. Hier und vorzugsweise weist die Kraftmessanordnung 12 genau einen derartigen Kraftsensor 13 auf, der entsprechend ausreichen kann, um die Bahnspannung mit ausreichender Genauigkeit zu messen. Diese Variante wird bevorzugt, da insbesondere bei den faserverstärkten, vorzugsweise kohlefaserverstärkten, Kunststoffen in Richtung quer zur Förderrichtung F eine hohe Steifigkeit gegeben ist. Ganz besonders gilt dies, wenn die Ränder der Schichten bereits miteinander verbunden sind. Hier und vorzugsweise greift dieser eine Kraftsensor 13 im Wesentlichen mittig an der Umlenkrolle 32 an.
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Zur Steuerung der Vorrichtung 3 ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerungsanordnung 10 die Antriebe 9, 11 in einer übergeordneten Synchronisierungsroutine synchronisiert. Vorzugsweise werden dabei die Führungsgrößen 17 der Regelkreise 14, 22 in der Synchronisierungsroutine synchronisiert. Dadurch kann eine homogene Steuerung oder Regelung der Bahnspannung erreicht werden.
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Gemäß einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung 3 zur Verarbeitung von Schichtaufbauten, insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 oder Vorformlingen dafür, vorgeschlagen. Diese Schichtaufbauten können dabei prinzipiell beliebige Materialien umfassen. Hier und vorzugsweise sind die Materialien Leichtbaumaterialien.
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Diese Vorrichtung 3 kann dabei teilweise oder vollständig wie die zuvor beschriebene Vorrichtung 3 ausgestaltet sein. Auch diese Vorrichtung 3 weist mindestens zwei Funktionseinheiten 4, die Funktionseinheiten 4 umfassen zumindest eine Zuführeinheit 5 zum Zuführen einer Schicht-Bahn und eine Verarbeitungseinheit 8 zur Verarbeitung der Schicht-Bahn, auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 3 einen Primärantrieb 9 zum Antreiben der Schicht-Bahn und eine Steueranordnung 10 zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs 9 auf. Die Schicht-Bahn besteht aus mindestens zwei Materialschichten und bildet somit einen Schichtaufbau. Insbesondere besteht sie aus zwei Schichten eines Leichtbaumaterials, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff oder kohlefaserverstärktem Kunststoff.
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Wesentlich bei dieser weiteren Vorrichtung 3 ist, dass die Vorrichtung 3 mindestens einen Sekundärantrieb 11 zum Antreiben der Schicht-Bahn aufweist, dass die Vorrichtung 3 eine dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Schicht-Bahn mittels der Steueranordnung 10 aufweist, dass die Steueranordnung 10 den Sekundärantrieb 11 in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreises 14 eine Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt, dass die Kraftmessanordnung 12 eine Umlenkrolle 32 aufweist, an der die Schicht-Bahn umgelenkt wird, dass die Umlenkrolle 32 flexibel gelagert ist, derart, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle 32 abhängig von der Bahnspannung ist und dass der Kraftsensor 13 die Auslenkung der Umlenkrolle 32 misst
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Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 3 der ersten Lehre darf verwiesen werden.
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Es wurde dabei erkannt, dass die vorschlagsgemäße Kraftmessanordnung 12 nicht nur für faserverstärkte Kunststoffe relevant ist. Auch die vorschlagsgemäße Steuerungsanordnung 10 besitzt bei dieser weiteren Lehre hohe Relevanz.
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Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird die Verwendung einer Vorrichtung 3 nach einer der ersten beiden Lehren zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 oder Vorformlingen dafür, vorgeschlagen. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen 3 darf verwiesen werden.
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Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung 3 nach einer der ersten beiden Lehren vorgeschlagen. Wesentlich ist dabei, dass die Steueranordnung 10 die Regelroutine durchführt. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen 3 und ihrer Verwendung darf verwiesen werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014002950 A1 [0004]
