DE102020132467A1

DE102020132467A1 - Anlage und Verfahren zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges

Info

Publication number: DE102020132467A1
Application number: DE102020132467.7A
Authority: DE
Inventors: Ali Al-Lami
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-09

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterials auf die Werkzeugoberfläche, wobei die Anlage mindestens einen Behandlungskopf und einen Bewegungsautomaten aufweist, der zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges eingerichtet ist, wobei der Behandlungskopf zum mechanischen, thermischen und/oder chemischen Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche während der Relativbewegung ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges, dass zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial.
Aufgrund der gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit sind Faserverbundwerkstoffe heute kaum mehr wegzudenken. Faserverbundwerkstoffe weisen dabei zwei wesentliche Hauptbestandteile auf, nämlich zum einen ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial. Durch Konsolidieren des das Fasermaterial einbettenden Matrixmaterials bilden die Verstärkungsfasern des Fasermaterials mit dem Matrixmaterial eine integrale Einheit zwingend so die Verstärkungsfasern in die vorgegebene Richtung. Die beiden Hauptbestandteile - Fasermaterial und Matrixmaterial - können dabei getrennt oder bereits zusammengesetzt (sogenannte Prepregs) bereitgestellt werden.
Zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff wird das Fasermaterial (entweder trocken oder vorimprägniert, d. h. als Prepregs) auf eine formgebende Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges abgelegt. Die formgebende Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges bildet dabei zumindest teilweise die spätere Bauteilgeometrie nach, wobei das Fasermaterial die Form der Werkzeugoberfläche annimmt, wodurch dem Faserverbundbauteil zumindest teilweise seine spätere Bauteilform verliehen wird. Wurde trockenes Fasermaterial in die Bauteilform abgelegt, so wird in der Regel nach dem Ablegen des Fasermaterials das Matrixmaterial in das Fasermaterial in dem Formwerkzeug infundiert. Schließlich wird das Matrixmaterial, welches das in dem Formwerkzeug befindliche Fasermaterial einbettet, meist durch Temperaturbeaufschlagung und gegebenenfalls Druckbeaufschlagung ausgehärtet bzw. konsolidiert, wodurch das Faserverbundbauteil hergestellt wird. Anschließend wird das so hergestellte Faserverbundbauteil aus dem Formwerkzeug entnommen, d. h. entformt.
Ein oftmals unterschätzter Prozessschritt stellt dabei das Vorbereiten der Werkzeugoberfläche für das Ablegen des Fasermaterials dar. Wurde das Formwerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils zuvor verwendet, so müssen gegebenenfalls von der Werkzeugoberfläche entsprechende Materialreste entfernt werden. Auch muss gegebenenfalls eine Beschichtung aufgetragen werden, um ein Ankleben des Faserverbundbauteils beim Aushärten des Matrixmaterials an der Werkzeugoberfläche zu verhindern. Unterbleibt das Vorbereiten bzw. Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche, so können Formabweichungen des herzustellenden Faserverbundbauteils entstehen oder dass herzustellende Faserverbundbauteil kann während des Herstellungsprozesses fehlerhaft werden, wodurch es ausgesondert werden muss. Dies kann zu längeren Prozesszeiten führen und schließlich zu steigenden Herstellungskosten.
In der Praxis werden Formwerkzeuge händisch gereinigt. Dies ist jedoch sehr Zeit intensiv und bei größeren Formwerkzeugen zur Herstellung großskaliger Bauteilstrukturen oftmals sehr unpraktikabel. Die Arbeiter müssen dabei insbesondere vor gefährlichen Behandlungsmittel geschützt werden, was nicht selten eine Gesundheitsgefahr darstellt. Des Weiteren sind hohe Temperaturen für den Reinigungsprozess nur selten möglich und aufgrund der Anwesenheit von Arbeitern oftmals schwierig umzusetzen.
Letztlich ist die händische Reinigung der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges jedoch ein notwendiger Prozessschritt, der jedoch in der Regel nicht prozesssicher ist. Denn durch den Faktor Mensch wird eine Unsicherheit in den Prozess eingebracht, der zu einer nicht ausreichenden Vorbehandlung der Werkzeugoberfläche führt und somit den späteren Herstellungsprozess gefährden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit der prozesssicher die Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges vorbehandelt werden kann.
Die Aufgabe wird mit der Anlage gemäß Patentanspruch 1 sowie dem Verfahren zur Vorbehandlung gemäß Anspruch 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Anlage zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges vorgeschlagen, wobei das Formwerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterial auf die Werkzeugoberfläche ausgebildet ist. Die Anlage weist dabei mindestens einen Behandlungskopf sowie einem Bewegungsautomaten auf, der zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges eingerichtet ist. Der Behandlungskopf ist ferner zum mechanischen, thermischen und/oder chemischen Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche während der Relativbewegung ausgebildet.
Hierdurch wird es möglich, automatisiert ohne Zwischenschaltung menschlicher Tätigkeiten die Werkzeugoberfläche vorzubehandeln, sodass sich für einen weiteren Herstellungsprozess zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorbereitet ist. Unter dem Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche wird hierbei insbesondere das Reinigen der Werkzeugoberfläche sowie das behandeln der Werkzeugoberfläche in mechanischer, thermischer und/oder chemischer Hinsicht verstanden.
Der Bewegungsautomat kann dabei in einer bevorzugten Ausführungsform so ausgebildet sein, dass an dem Bewegungsautomaten der Behandlungskopf angeordnet ist, sodass mittels des Bewegungsautomaten der Behandlungskopf bewegt wird und somit eine Relativbewegung zwischen dem sich bewegenden Behandlungskopf und dem feststehenden Formwerkzeug realisiert wird. Denkbar ist es aber auch, dass der Bewegungsautomat das Formwerkzeug bewegt, während der Behandlungskopf gegenüber dem sich bewegenden Formwerkzeug feststeht, sodass zwischen dem Formwerkzeug und dem feststehenden Behandlungskopf eine Relativbewegung erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Behandlungskopf mittels des Bewegungsautomaten gegenüber der Werkzeugoberfläche des feststehenden Formwerkzeuges verfahren, wobei der Behandlungskopf dabei alle relevanten Stellen der Werkzeugoberfläche zumindest einmal in mechanischer, thermischer und/oder chemischer Hinsicht vorbehandelt.
Unter einer mechanischen Vorbehandlung wird dabei eine Behandlung der Werkzeugoberfläche verstanden, bei der der Behandlungskopf kontaktbehaftet die Werkzeugoberfläche behandelt. Unter einer thermischen Vorbehandlung wird dabei eine Behandlung der Werkzeugoberfläche durch Temperieren der Werkzeugoberfläche verstanden. Unter einer chemischen Vorbehandlung wird dabei eine Behandlung der Werkzeugoberfläche mit einem Behandlungsmittel verstanden, welches mit der Werkzeugoberfläche und/oder mit Materialresten auf der Werkzeugoberfläche chemisch reagiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Behandlungskopf zumindest eine Auftragseinheit hat, die zum Auftragen eines in mindestens einem Vorratsbehälter bevorrateten Oberflächenbehandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges ausgebildet ist. Das Oberflächenbehandlungsmittel kann dabei dergestalt sein, dass es mit der Werkzeugoberfläche und/oder mit Materialresten auf der Werkzeugoberfläche reagiert, um so die Werkzeugoberfläche vorzubehandeln und/oder die Werkzeugoberfläche von den Materialresten zu reinigen. Ein Oberflächenbehandlungsmittel kann dabei beispielsweise Aceton, Wasser, Alkohol, entfernende Lösungsmittel etc. sein.
Dabei wird das in dem Vorratsbehälter befindliche Oberflächenbehandlungsmittel beispielsweise mittels einer Fördereinheit (Pumpe) zu der Auftragseinheit gefördert, sodass es dort auf die Werkzeugoberfläche aufgetragen werden kann. Die Auftragseinheit kann dabei beispielsweise eine Düse sein, durch die das Oberflächenbehandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche unter Druck aufgetragen wird, beispielsweise auf gesprüht oder aufgespritzt. Die Fördereinheit kann dabei an der Auftragseinheit oder im Vorratsbehälter angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass die Auftragseinheit über ein Rohrleitungssystem mit dem mindestens einen Vorratsbehälter verbunden ist, um das Behandlungsmittel von dem Vorratsbehälter über das Rohrleitungssystem zu der Auftragseinheit zu fördern und auf der Werkzeugoberfläche aufzutragen, wobei der Vorratsbehälter von dem Behandlungskopf beabstandet angeordnet ist. Das Rohrleitungssystem kann dabei insbesondere flexibel sein, um so Längenänderungen zwischen dem sich bewegenden Behandlungskopf und dem Vorratsbehälter auszugleichen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Behandlungskopf an dem Bewegungsautomaten als Endeffektor angeordnet ist und sich somit im Raum bewegen kann, während der Vorratsbehälter gegenüber dem sich bewegenden Behandlungskopf feststeht und sich demnach nicht bewegt. Das Rohrleitungssystem kann in dieser Ausführungsform mittels Stützstellen an dem Bewegungsautomaten angeordnet sein und vorzugsweise der kinematischen Kette des Bewegungsautomaten folgen. Das flexible Rohrleitungssystem ist dabei entlang der kinematischen Kette des Bewegungsautomaten angeordnet, um so möglichst nur geringe Längenänderungen beim Bewegen des Behandlungskopfes ausgleichen zu müssen. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Formwerkzeug zusammen mit der Anlage in einem Behandlungsraum bzw. einer Behandlungskammer angeordnet sind, wobei der Vorratsbehälter außerhalb der Behandlungskammer angeordnet ist und das Rohrleitungssystem den außerhalb befindlichen Vorratsbehälter mit dem innerhalb der Behandlungskammer befindlichen Behandlungskopf verbindet.
Alternativ oder zusätzlich kann aber auch vorgesehen sein, dass ein Vorratsbehälter an dem Behandlungskopf angeordnet ist, wodurch jedoch mehr kinematische Masse in den Behandlungskopf gebracht wird.
Dabei ist es denkbar, dass mehr als ein Behandlungsmittel vorgesehen ist, wobei für jedes Behandlungsmittel mindestens ein entsprechender Vorratsbehälter vorgesehen ist. Dabei kann für jedes Behandlungsmittel, dass eingesetzt werden soll, eine eigene Auftragseinheit vorgesehen sein, um Kontaminationen der verschiedenen Behandlungsmittel an einer gemeinsamen Auftragseinheit zu vermeiden. Ist aber auch, dass der Behandlungskopf nur eine einzige Auftragseinheit hat, die gemeinsam für die verschiedenen Behandlungsmittel genutzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mindestens eine Behandlungskopf ein mechanisches Bürstenelement, ein mechanisches Polierelement und/oder ein mechanisches Schleifelement hat, die während der Relativbewegung kontaktbehaftet auf der Werkzeugoberfläche zur mechanischen Vorbehandlung der Werkzeugoberfläche führbar sind.
Ein mechanisches Bürstenelement weist hierbei eine Vielzahl von Borsten auf, die mit ihren dem Bürstenelement gegenüberliegenden freien Borstenende zum Kontaktieren der Werkzeugoberfläche ausgebildet sind. Die Borsten können dabei flexibel, halb flexibel oder starr ausgebildet sein, je nachdem welcher Behandlungsaspekt erzielt werden soll.
Ein mechanisches Polierelement hingegen ist ein weiches, zum Polieren der Werkzeugoberfläche vorgesehenes Element, das meist aus Stoffen oder textilen Elementen gebildet ist. Zur Verbesserung des Ergebnisses der Vorbehandlung kann ein Poliermittel gewendet werden, dass auf die Werkzeugoberfläche aufgetragen wird, beispielsweise mittels einer Auftragseinheit.
Ein mechanisches Schleifelement weist eine raue oder gekrümmte Oberfläche auf und ist ein Hilfsmittel zum Schleifen der Werkzeugoberfläche zum Zwecke der Vorbehandlung
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das mechanische Bürstenelement, das mechanische Polierelement und/oder das mechanische Schleifelement bewegbar angetrieben, insbesondere drehbar angetrieben, an dem Behandlungskopf angeordnet ist.
Diese bewegbare ist dabei zusätzlich zu der Relativbewegung vorgesehen. Demnach bewegt sich das Bürstenelement, Polierelement und/oder Schleifenelement relativ zu dem Behandlungskopf, während ebenfalls eine Relativbewegung zwischen dem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche ausgeführt wird. Die Bewegung des Bürstenelementes, Polierelementes und/oder Schleifelementes kann dabei rotierend oder alternierend rotierend sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Behandlungskopf mindestens ein Temperierelement hat, welches zum Temperieren der Werkzeugoberfläche während der Relativbewegung ausgebildet ist, um die Werkzeugoberfläche thermisch vorzubehandeln. Das Temperierelement an dem Behandlungskopf ist dabei derart ausgebildet, dass es die Werkzeugoberfläche auf eine Temperatur bringen kann, die für das gewünschte Vorbehandlungsergebnis notwendig ist. So ist es denkbar, dass das Temperierelement die Werkzeugoberfläche auf eine Temperatur von 80° oder mehr temperiert. Dabei wird in der Regel nicht die gesamte Werkzeugoberfläche gleichzeitig auf die gewünschte temperaturtemperiert, sondern nur an derjenigen Position, an der sich der Behandlungskopf relativ zu der Werkzeugoberfläche gerade befindet. Das Temperierelement kann dabei beispielsweise ein Widerstandsheizelement sein, ein Infrarotelement, ein Induktionselement und/oder ein Mikrowellenelement sein.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass auch das Formwerkzeug eine Temperiervorrichtung hat, um so die Werkzeugoberfläche zum Zwecke der Vorbehandlung oder zur Unterstützung bei der thermischen Vorbehandlung durch den Behandlungskopf zu erwärmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anlage eine Behandlungskammer hat, in der der Bewegungsautomat und der mindestens eine Behandlungskopf zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines in der Behandlungskammer befindlichen Formwerkzeuges angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Bewegungsautomat ein Roboter, insbesondere ein Knick-Arm-Roboter ist, an dem als Endeffektor der Behandlungskopf angeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist es denkbar, dass der Behandlungskopf an dem Roboter auswechselbar angeordnet ist. Hierfür weist der Roboter am Endeffektor eine Aufnahmevorrichtung auf, die mit einer Anschlussvorrichtung des Behandlungskopfes so zusammenwirkt, dass der Behandlungskopf fest und prozesssicher an dem Roboter angeordnet wird. Beim Einsetzen des Behandlungskopfes in die Aufnahmevorrichtung können dabei alle notwendigen Verbindungen für das Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche geschlossen werden, was insbesondere Stromverbindungen sowie Leitungsverbindungen für das Rohrleitungssystem betrifft. Die Aufnahmevorrichtung sowie die Anschlussvorrichtung weist hierfür entsprechende Dichtungen auf, damit die Leitungsverlegung zwischen Behandlungskopf und Roboter fluiddicht ist.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 11 zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterials auf die Werkzeugoberfläche gelöst, wobei mittels eines Bewegungsautomaten eine Relativbewegung zwischen einem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges erzeugt wird und während der Relativbewegung die Werkzeugoberfläche mittels des Behandlungskopfes mechanisch, thermisch und/oder chemisch vorbehandelt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während der Relativbewegung mittels einer Auftragseinheit des Behandlungskopfes ein in einem Vorratsbehälter bevorratetes Oberflächenbehandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche aufgetragen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während der Relativbewegung ein mechanisches Bürstenelemente, ein mechanisches Polierelement und/oder ein mechanisches Schleifelement des Behandlungskopfes kontaktbehaftet auf der Werkzeugoberfläche zur mechanischen Vorbehandlung der Werkzeugoberfläche geführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass während der Relativbewegung mittels eines Temperierelementes des Behandlungskopfes die Werkzeugoberfläche zur thermischen Vorbehandlung temperiert wird.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch 15 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines Formwerkzeuges mit einer formgebenden Werkzeugoberfläche,
- Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche gemäß dem Verfahren wie vorstehend beschrieben, und
- Ablegen von Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes auf die vorbehandelte Werkzeugoberfläche und Konsolidieren des in das Fasermaterial eingebetteten Matrixmaterials zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes.

Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass eine Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wird, wobei mittels der Anlage die Werkzeugoberfläche mechanisch, thermisch und/oder chemisch vorbehandelt wird.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anlage;
2 schematische Darstellungen von Ausführungsformen der Behandlungsköpfe;
3 schematische Darstellung einer Ausführungsform für die Leitungsführung;
4 schematische Darstellung einer Ausführungsform zur thermischen Behandlung;
5 schematische Darstellung eines Doppelkopfes.

1 zeigt schematisch die Anlage 10, die einen Bewegungsautomaten 11 in Form eines Roboters und einen als Endeffektor an dem Roboter 11 angeordneten Behandlungskopf 12 hat. Der Roboter 11 sowie der Behandlungskopf 12 befinden sich dabei in einer Behandlungskammer 13, in der sich auch der zu behandelnde Gegenstand in Form eines Formwerkzeuges 100 mit einer formgebenden, zu behandelnden Werkzeugoberfläche 110 befindet.
Im Ausführungsbeispiel der 1 befindet sich das Formwerkzeug auf einer Rotationsvorrichtung 200, die einen rotierenden Teller 210 hat, der durch einen Motor 220 der Rotationsvorrichtung 200 angetrieben wird.
Der Roboter 11 ist dabei so ausgebildet, dass er den Behandlungskopf 12 gegenüber der Werkzeugoberfläche 110 bewegen kann, sodass zwischen der Werkzeugoberfläche 110 und dem Behandlungskopf 12 eine Relativbewegung stattfindet. Die Rotationsvorrichtung 200 dient dabei dazu, auch bei großen Formwerkzeugen 100, beispielsweise zur Herstellung von großskaligen Strukturbauteilen wie Flügelschalen, sicherzustellen, dass der Behandlungskopf 12 jede Stelle der Werkzeugoberfläche 110 erreichen kann, auch dann, wenn der Schwenkkreis des Roboters 11 eingeschränkt und kleiner gegenüber den Abmessungen des Formwerkzeuges 100 ist.
In der Behandlungskammer 13 befindet sich des Weiteren in Reichweite des Roboters ein Kopflager 300, in dem weitere Behandlungskopfes 12a - 12c angeordnet und gelagert werden. Je nach Bedarf kann der Roboter in Richtung des Kopflagers 300 schwenken und durch eine automatisierte Aufnahme den Behandlungskopf wechseln. Hierfür wird der am Roboter angeordnete Behandlungskopf 12 zunächst entkoppelt, wobei dann der Roboter an den gewünschten Behandlungskopf im Kopflager 300 schwenken und diesen dann automatisiert aufnimmt. So kann ohne Betreten der Behandlungskammer 13 automatisiert der Behandlungskopf gewechselt werden.
Außerhalb der Behandlungskammer 13 befindet sich eine Steuerungseinheit 14, mit der die Bewegung des Roboters 11 und somit die Bewegung des Behandlungskopfes 12 gesteuert werden kann.
Des Weiteren sind im Ausführungsbeispiel der 1 schematisch angedeutet außerhalb der Behandlungskammer 13 eine Mehrzahl von Vorratsbehältern 15 vorgesehen, in denen sich jeweils ein Behandlungsmittel 17 zum Auftragen auf die Werkzeugoberfläche 110 befindet. Über ein Rohrleitungssystem 16, dass in den Innenraum der Behandlungskammer 13 geführt wird, kann so das in den Vorratsbehältern 15 enthaltene Behandlungsmittel 17 zum Behandlungskopf 12 gefördert werden, sodass der Behandlungskopf 12 das jeweilige Behandlungsmittel 17 auf die Werkzeugoberfläche 110 auftragen kann.
2 zeigt in einer näheren Darstellung ein Ausführungsbeispiel des Behandlungskopfes 20, der an einem Roboter 11, wie in 1 gezeigt, lösbar befestigt werden kann. Der in 2 im Ausführungsbeispiel a) gezeigte Behandlungskopf 20 weist ein mechanisches Behandlungselement 21 auf, das beispielsweise ein Bürstenelement, ein Polierelement oder ein Schleifelement sein kann. Das mechanische Behandlungselement 21 ist dabei rotierend oder alternierend rotierend an dem Behandlungskopf 20 angeordnet, um die mechanische Behandlung der Werkzeugoberfläche zu unterstützen.
Seitlich von einem Kopfkörper 22 abstehend angeordnet weiß der Behandlungskopf 20 zum einen eine Absaugeinrichtung 23 sowie eine Auftragseinheit 24 auf. Mit der Absaugeinrichtung 23 können dabei Elemente von der Werkzeugoberfläche, beispielsweise Materialreste oder ein aufgetragenes Behandlungsmittel, abgesaugt werden, um so die Werkzeugoberfläche vollständig zu reinigen. Am oberen Ende des Kopfkörpers 22 befindet sich eine Anschlussvorrichtung 25, die so ausgebildet ist, dass sie in mit einer Aufnahmevorrichtung 18 des Roboters 11 so zusammenwirkt, dass der Behandlungskopf 20 lösbar an dem Roboter 11 angeordnet werden kann. Dabei werden auch sämtliche Leitungen verbunden, die dafür vorgesehen sind, die Auftragseinheit 24 mit einem Behandlungsmittel zu versorgen bzw. das von der Werkzeugoberfläche mittels der Absaugeinrichtung 23 abgesaugten Material abzutransportieren. Außerdem kann eine elektrische Verbindung hergestellt werden, um dem Behandlungskopf 20 mit Strom zu versorgen.
Das mechanische Behandlungselement 21 kann dabei lösbar an dem Kopfkörper 22 des Behandlungskopfes 20 angeordnet sein, um so beispielsweise ein anderes mechanisches Behandlungselement oder ein thermisches Behandlungselement 26 dem Behandlungskopf 20 anzuordnen. Hierdurch können Rüstzeiten eingespart werden.
Im Ausführungsbeispiel der 2 handelt es sich bei der linken Seite beispielsweise um ein mechanisches Behandlungselement 21, welches als Bürstenelement oder als Polierelement ausgebildet ist. Das auf der rechten Seite gezeigte Ausführungsbeispiel b) ist dabei als thermisches Behandlungselement 26 ausgebildet, dass ein Temperierelement 27 hat, mit dem die Werkzeugoberfläche temperiert werden kann.
Die Auftragseinheit 24 weist an ihren zur Werkzeugoberfläche hingerichteten Ende eine Düse 28 auf, um so beispielsweise das dem Behandlungskopf 20 bereitgestellte Behandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche auf zu sprühen, aufzuspritzen oder aufzutragen.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung den Roboter 11 mit dem Behandlungskopf 12 sowie einem Rohrleitungssystem 16, dass entlang der kinematischen Kette des Roboters 11 geführt ist. Das Rohrleitungssystem 16 ist dabei auf der einen Seite mit dem Behandlungskopf 12 insbesondere mit der dort angeordneten Auftragseinheit bzw. Absaugeinrichtung und mit der anderen Seite mit einem Vorratsbehälter 15a bzw. einem Entsorgungsbehälter 15b. Der Begriff Vorratsbehälter wird im Sinne der vorliegenden Erfindung dabei sowohl für das Bereitstellen eines Behandlungsmittels als auch für die Aufnahme abgesaugter Materialien verwendet.
Das Rohrleitungssystem 16 kann dabei auch alle Signal- und Stromversorgungsleitungen umfassen, um so Steuersignale sowie elektrische Energie in Richtung des Roboters 11 in die Behandlungskammer 13 zu transportieren. Dabei kann eine universelle Schnittstelle zur allen geplanten Behandlungsköpfen 12 vorgesehen sein, um die Behandlungsköpfe sowohl mit elektrischer Energie als auch mit elektrischen Signalen versorgen zu können.
Das flexible Rohrleitungssystem 16 ist dabei an dem Roboter 11 befestigt, sodass Längenänderungen zwischen den Vorratsbehältern 15 und dem Behandlungskopf 12 basierend auf der Bewegung des Roboters 11 ausgeglichen werden können. Aufgrund der Führung des Rohrleitungssystems 16 entlang der kinematischen Kette des Roboters 11 wird dabei der benötigte Ausgleich auf ein Minimum reduziert.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem an einem Bewegungsautomaten 30, der als Portalanlage ausgebildet ist, ein Behandlungskopf 31 vorgesehen ist, der an der Brücke der Portalanlage 30 angeordnet ist. An dem Behandlungskopf 31 befinden sich eine Mehrzahl von Temperiertelementen 32, die zum Temperieren der Werkzeugoberfläche 110 des Formwerkzeuges 100 ausgebildet sind. Der Behandlungskopf 31 wird nun mithilfe der Portalanlage 30 verfahren (aus der Betrachtungsebene heraus), um so die Werkzeugoberfläche 110 zu temperieren. Selbst verständlich ist es denkbar, dass der Behandlungskopf 31 keinen thermische Behandlung vornimmt, sondern beispielsweise eine mechanische oder anderweitige.
Die Temperierelementes 32 können dabei so ausgebildet sein, dass die Werkzeugoberfläche 110 mittels Infrarot oder mittels Mikrowellen temperiert wird.
5 zeigt schließlich eine Kopfanordnung 40, die sowohl einen ersten Behandlungskopf 20 gemäß 2 als auch einen zweiten Behandlungskopf 41 hat, bei dem lediglich ein rotierendes mechanisches Behandlungselement 42 vorgesehen ist. Der erste Behandlungskopf 20 weist dabei ein thermisches Behandlungselement 26 auf.
In einem ersten Schritt kann somit mit dem ersten Behandlungskopf 20 die Werkzeugoberfläche temperiert werden, während mittels der Auftragseinheit des Behandlungskopfes 20 ein Behandlungsmittel aufgetragen wird. Durch das Temperieren der Werkzeugoberfläche wird die Wirkung des Behandlungsmittels verstärkt. Anschließend wird die Anordnung 40 um eine Längsachse A-A gedreht, sodass der zweite Behandlungskopf 41 in Richtung der Werkzeugoberfläche zeigt. Mit dem mechanischen Behandlungselement 42 des zweiten Behandlungskopfes 41 kann nun die Werkzeugoberfläche mechanisch vorbehandelt werden. Anschließend kann gegebenenfalls die Anordnung 40 wieder gedreht werden, sodass der erste Behandlungskopf 20 in Richtung der Werkzeugoberfläche zeigt, um dann die noch auf der Werkzeugoberfläche verbleibenden Reste mithilfe der Absaugeinrichtung zu entfernen.
Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass für die verschiedenen Schritte kein neuer Behandlungskopf angeordnet werden muss. Dies spart Rüstzeiten ein unverkürzt die Prozesszeit.
Bezugszeichenliste

10: Anlage
11: Bewegungsautomat/Roboter
12: Behandlungskopf
12a-12c: geparkte Behandlungsköpfe auf Vorrat
13: Behandlungskammer
14: Steuerungseinheit
15: Vorratsbehälter
16: Rohrleitungssystem
17: Behandlungsmittel
18: Aufnahmevorrichtung
20: Behandlungskopf
21: mechanisches Behandlungselement
22: Kopfkörper
23: Absaugeinrichtung
24: Auftragseinheit
25: Anschlussvorrichtung
26: thermisches Behandlungselement
27: Temperierelement
28: Düse
30: Bewegungsautomat/Portalanlage
31: Behandlungskopf
32: Temperierelement
40: Kopfanordnung
41: zweiter Behandlungskopf
42: mechanisches Behandlungselement
100: Formwerkzeug
110: Werkzeugoberfläche
200: Rotationsvorrichtung
210: Teller
220: Motor
300: Kopflager

Claims

Anlage zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterials auf die Werkzeugoberfläche, wobei die Anlage mindestens einen Behandlungskopf und einen Bewegungsautomaten aufweist, der zum Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges eingerichtet ist, wobei der Behandlungskopf zum mechanischen, thermischen und/oder chemischen Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche während der Relativbewegung ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Behandlungskopf zumindest eine Auftragseinheit hat, die zum Auftragen eines in mindestens einem Vorratsbehälter bevorrateten Oberflächenbehandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges ausgebildet ist.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragseinheit über ein Rohrleitungssystem mit dem mindestens einen Vorratsbehälter verbunden ist, um das Behandlungsmittel von dem Vorratsbehälter über das Rohrleitungssystem zu der Auftragseinheit zu fördern und auf der Werkzeugoberfläche aufzutragen, wobei der Vorratsbehälter von dem Behandlungskopf beabstandet angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Vorratsbehälter an dem Behandlungskopf vorgesehen ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Behandlungskopf ein mechanisches Bürstenelement, ein mechanisches Polierelement und/oder ein mechanisches Schleifelement hat, die während der Relativbewegung kontaktbehaftet auf der Werkzeugoberfläche zur mechanischen Vorbehandlung der Werkzeugoberfläche führbar sind.
Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanische Bürstenelement, das mechanische Polierelement und/oder das mechanische Schleifelement bewegbar angetrieben, insbesondere drehbar angetrieben, an dem Behandlungskopf angeordnet ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskopf mindestens ein Temperierelement hat, welches zum Temperieren der Werkzeugoberfläche während der Relativbewegung ausgebildet ist, um die Werkzeugoberfläche thermisch vorzubehandeln.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Behandlungskammer hat, in der der Bewegungsautomat und der mindestens eine Behandlungskopf zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines in der Behandlungskammer befindlichen Formwerkzeuges angeordnet sind.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsautomat ein Roboter, insbesondere ein Knick-Arm-Roboter ist, an dem als Endeffektor der Behandlungskopf angeordnet ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungskopf an dem Roboter auswechselbar angeordnet ist.
Verfahren zur Vorbehandlung einer Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges zur Herstellung eines Faserverbundbauteils durch Ablegen von Fasermaterials auf die Werkzeugoberfläche, wobei mittels eines Bewegungsautomaten eine Relativbewegung zwischen einem Behandlungskopf und der Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges erzeugt wird und während der Relativbewegung die Werkzeugoberfläche mittels des Behandlungskopfes mechanisch, thermisch und/oder chemisch vorbehandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass während der Relativbewegung mittels einer Auftragseinheit des Behandlungskopfes ein in einem Vorratsbehälter bevorratetes Oberflächenbehandlungsmittel auf die Werkzeugoberfläche aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Relativbewegung ein mechanisches Bürstenelemente, ein mechanisches Polierelement und/oder ein mechanisches Schleifelement des Behandlungskopfes kontaktbehaftet auf der Werkzeugoberfläche zur mechanischen Vorbehandlung der Werkzeugoberfläche geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der Relativbewegung mittels eines Temperierelementes des Behandlungskopfes die Werkzeugoberfläche zur thermischen Vorbehandlung temperiert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils aus einem Faserverbundwerkstoff aufweisend ein Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Formwerkzeuges mit einer formgebenden Werkzeugoberfläche, - Vorbehandeln der Werkzeugoberfläche gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, - Ablegen von Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes auf die vorbehandelte Werkzeugoberfläche und Konsolidieren des in das Fasermaterial eingebetteten Matrixmaterials zur Herstellung des Faserverbundwerkstoffes.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anlage gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wird, wobei mittels der Anlage die Werkzeugoberfläche mechanisch, thermisch und/oder chemisch vorbehandelt wird.