Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens eine Faden
lage aufweisenden Fadengelegen.
Unter "Faden" für die Fadengelege soll nachfolgend ein linienförmiges Erzeugnis
mit textilem Charakter, wie z. B. Garn, Filament, Bändchen, verstanden werden.
Es ist bekannt, daß Textilien mit übereinandergelegten Fadenscharen unter
schiedlicher Orientierung hergestellt werden können, welche durch ein Maschensy
stem fixiert sind. Das Verlegen der Fadenscharen erfolgt durch eine zwangsgeführte
mechanische Bewegung von Schußeintragssystemen. Bei bekannten Multiaxialma
schinen pendelt beispielsweise ein Schußwagen auf einer schräg zur Fadengelege
förderrichtung verlaufenden Laufschiene, um die Fadenschar entsprechend der vor
gegebenen Schienenorientierung abzulegen. Bei Parallelschußeintrag liegt die Faser
orientierung parallel zur Schiene. Beim Kreuzschußeintrag ergeben sich geringfügi
ge Abweichungen von der Orientierung der Schiene in Abhängigkeit von der Band
breite der verlegten Fadenschar.
Des weiteren ist es bekannt, Fadenscharen mittels einer Kulissenführung abzulegen.
Dabei handelt es sich ebenfalls um eine mechanisch bedingte zwangsgeführte Be
wegung des Schußeintragssystems.
Aus den US 4,677,831 und US 4,872,323 ist ein solches diagonales Verlegen mittels
Kulissenführung beschrieben. Die Kulissenführung ist dabei schräg über die Breite
des Fadengeleges angeordnet, so daß bei einer stangengeführten Bewegung eines in
dem Kulissenschlitz geführten Fadenlegers ein Versatz des Fadenlegers in Förder
richtung erzielt werden kann. Damit ist allenfalls ein zweidimensionales Verlegen
der Schußfäden möglich. Es sind weder beliebige Bahnkurven in der Ebene noch
Bahnkurven im Raum damit erzielbar.
In der US 4,325,999 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche eine in Förderrichtung
angebrachte Stange aufweist, um welche Schußfäden gelegt sind und mittels welcher
auf diese Weise die Schußfäden, welche über eine Lochschiene der Stange zugeführt
werden, eingetragen werden. Auf diese Weise sind Fadenscharen mit diagonal ab
gelegten Fäden erzeugbar. Das bedeutet, daß die Fäden lediglich allenfalls zweidi
mensional und geradlinig ablegbar sind, denn die Vorrichtung weist zum seitlichen
Versetzen der die Schußfäden umlenkenden und damit führenden Stange eine Kugel-
Exzenter-Antriebsvorrichtung auf. Durch seitlich angeordnete Gruppen von Nadel
stiften kann eine Änderung der diagonalen Richtung der Schußfäden erreicht wer
den. Eine beliebige Richtung ist mit der beschriebenen Vorrichtung aber nicht mög
lich.
In der DE 41 22 358 C2 ist des weiteren ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Erzeugen einer Schußfadenlage aus mindestens einer diagonal angeordneten endlo
sen Schußfadenschar beschrieben. Mit dem beschriebenen Verfahren bzw. der be
schriebenen Vorrichtung werden diagonal vorgelegte Schußfäden in die Lücken ein
ander nahe benachbarter Haken der Schußfadenförderer eingeführt und in die Haken
eingehängt. Damit ist ebenfalls nur ein bedingter zweidimensionaler Schußfaden
eintrag möglich. Beliebige Schußfadenrichtungen mit über der Breite des Fadenge
leges sich ändernder Fadenrichtung können damit nicht erzeugt werden. Ebenso ist
ein Verlegen des Schußfadens in Dickenrichtung des Fadengeleges mit dieser be
kannten Vorrichtung bzw. diesem bekannten Verfahren nicht möglich.
Des weiteren ist aus der DE 39 32 184 C1 eine Schußfadenzuführvorrichtung für das
Schußfadenmagazin einer Kettenwirkmaschine bekannt. Dabei wird der Schußwa
gen zwischen zwei Längsförderern bewegt, wobei die Antriebsvorrichtung für den
Schußwagen einen Rechner und einen hiervon gesteuerten Servomotor umfaßt. In
einem dem Rechner zugeordneten Speicher ist ein Bewegungsgesetz abgelegt, wobei
der Rechner die Antriebsgeschwindigkeit des Servomotors unter Berücksichtigung
der Hauptwellendaten und der Daten des jeweils vorgegebenen Bewegungsgesetzes
berücksichtigt. Dies ist darauf gerichtet, die Schußfadengeschwindigkeit den Erfor
dernissen der unterschiedlichen Materialeigenschaften der Schußfäden oder den Ge
gebenheiten der Fadenzuführung anzupassen. Dieser bekannte Magazinschußeintrag
ist lediglich in y-Richtung möglich, d. h. in Querrichtung zur Förderrichtung des Fa
dengeleges.
Aus der US 4,550,045 sowie der US 4,484,459 sind Legesystem für Multi
axialgelege mit ausgerichteten Schienen bekannt. Mittels der ausgerichteten Schie
nen kann jedoch ein Schußeintrag lediglich in y-Richtung, d. h. quer zur Förderrich
tung erzielt werden, d. h. lediglich diagonal angelegte Schußfäden können angeordnet
werden. Beliebige Bahnkurven sowie ein Ablegen in Dickenrichtung des Fadengele
ges sind nicht möglich.
Schließlich sind aus den US 4,556,440 und US 4,877,470 Vorrichtungen bekannt,
bei welcher diagonal angeordnete Schienen Fadenleger zum diagonalen Eintragen
von Schußfäden aufweisen. Damit sind zwar in zweidimensionaler Richtung Schuß
fäden diagonal ablegbar, beliebige Bahnkurven sind jedoch ebenso wenig realisier
bar wie ein Schußeintrag in Richtung der Dicke des Fadengeleges, d. h. in z-
Richtung.
Bei diesen bekannten Verfahren bzw. bekannten Vorrichtungen erfolgt also der
Schußeintrag stets in Laufrichtung des Schußeintragssystems. Daher wird von einer
eindimensionalen Bewegung gesprochen. Durch die mechanischen Zentralantriebe
der bekannten Fadenleger kann die Fadenorientierung nicht gewechselt werden.
Wenn die Fadenorientierung beispielsweise von +α auf 90° oder von 90° auf -α oder
von +α auf -α geändert werden soll, so ist bei den bekannten Vorrichtungen ein nicht
unerheblicher Umrüstaufwand vorzunehmen.
Bei dem beschriebenen Parallelschußeintrag der Fäden der einzelnen Fadenscharen
wird in der Regel mit ortsfesten, d. h. am Maschinenrahmen befestigten Versatzele
menten gearbeitet.
Die entsprechenden Bewegungen zum Verlegen der Fadenscharen werden u. a. durch
hydraulische oder pneumatische Antriebe durchgeführt. Nicht nur daß bei den be
kannten Vorrichtungen die Reproduzierbarkeit eines konventionell hergestellten,
verwirkten Geleges schlecht ist, bei hydraulisch betriebenen Anlagen treten darüber
hinaus häufig Leckagen am Hydrauliksystem auf, welche zu Verschmutzungen des
Geleges führen. Derartig verschmutzte Gelege sind unbrauchbar, da sie eine spätere
Adhäsion der Kunststoffmatrix verhindern.
In der US 4,656,703 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von dreidimensionalen
Fadengelegen beschrieben. Einzelne Fäden werden hier über einer stationären Halte
einrichtung abgelegt, welche aus einer perforierten Platte mit einem Feld von verti
kal angeordneten Haltestäben besteht. Durch die Haltestäbe ist die Legebahn der
Fäden festgelegt und nur durch Austauschen der Halteeinrichtung veränderbar. Auf
grund der stationären Halteeinrichtung muß der Herstellungsprozeß zur Entnahme
des dreidimensionalen Fadengeleges unterbrochen werden.
Aus der EP 0 754 795 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ablegen
eines Fadens in einer beliebigen dreidimensionalen Form bekannt. Ein einzelner
Faden wird hierbei durch ein Portalsystem im dreidimensionalen Raum abgelegt,
wobei nach Fertigstellung des Fadengeleges der Herstellungsprozeß unterbrochen
werden muß. Außerdem kann hierbei jeweils nur ein einzelner Faden abgelegt wer
den.
Die DE 30 03 666 A1 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung eines
mehrdimensionalen Fadengeleges. Hierbei wird ein einzelner Faden über beliebig,
aber stationär auf einer Lochplatte befestigte Haltestiften abgelegt. Die Herstellung
erfolgt also diskontinuierlich, und lediglich ein einzelner Faden kann abgelegt wer
den.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Herstellung
von vorkonfektionierten Fadengelegen, d. h. Fadengelegen mit kraftflußgerecht ori
entierten Fäden, zu schaffen, mittels welcher insbesondere die Umrüstzeiten und
Fertigungsstufen bei der Umstellung von einer Fadengelegeart auf eine andere er
heblich reduziert bzw. konstruktive Änderungen der Vorrichtung vermieden werden
und mittels welcher Schußfäden dreidimensional in verschiedenen Lagen möglichst
gleichzeitig, kontinuierlich und jeweils in einer beliebigen räumlichen Bahnkurve
des Fadengeleges ablegbar sind.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1
gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung zur Herstellung von vorkon
fektionierten, mindestens eine Fadenlage aufweisenden Fadengelegen eine Fadenzu
führeinrichtung mit mindestens einem Fadenleger auf. Der Fadenleger ist mit mindestens
einem Servoantrieb gekoppelt, und die Fadenorientierungen der einzelnen Fa
denlagen sind verschieden voneinander und können frei gewählt werden. Gemäß der
Erfindung sind die Fadenleger an mindestens zwei Portalsystemen geführt, welche
einen oder mehrere Antriebe zum dreidimensionalen Legen der Fäden aufweisen,
wobei durch den Antrieb die Fadenleger jeweils beliebige räumliche Bahnkurven zu
erzeugen vermögen. Mittels der Portalsysteme, welche in x-, y- und z-Richtung ver
fahrbar sind, kann somit die Bahnkurve der Fadenleger aus der superponierten Be
wegung in den genannten drei Raumrichtungen erzeugt werden. Der Vorteil eines
derartigen Portalsystems besteht darin, daß unabhängig von starren, beispielsweise
schienen- oder kulissengeführten Fadenlegevorrichtungen, wie sie im Stand der
Technik bekannt sind, beliebige Bahnkurven erzielbar sind. Insbesondere bei relativ
dicken Fadengelegen kann im Sinne eines kraftflußgerechten Ablegens der Fäden es
erforderlich sein, die Fäden auch in einer von der Fadengelegeebene verschiedenen
Richtung, d. h. in der z-Richtung (Dicken-Richtung des Fadengeleges) anzuordnen.
Durch die in Förderrichtung bewegbaren Haken zur Lagefixierung der Fadenlagen
können kontinuierlich, d. h. ohne Unterbrechung, Fadengelege hergestellt werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Portalsystem mit Servo
motoren angetriebene Linearelemente auf. Diese Linearelemente sind an sich aus der
Automationstechnik bekannt. Mittels dieser Linearelemente folgt der Fadenführer
somit einer dreidimensionalen Bewegung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind auf einem das eigent
liche Portalsystem tragenden Maschinenrahmen Zahnstangen montiert, mittels wel
cher die Verlegebewegung in x-Richtung der Schußfäden realisierbar ist. Auf dem
Maschinenrahmen bewegt sich ein Laufwagen, welcher die Verlegebewegung in y-
Richtung der Schußfäden realisiert. Schließlich ist an dem Laufwagen ein Schlitten
montiert, mittels welchem die Verlegebewegung in z-Richtung der Schußfäden reali
sierbar ist. Die x-Richtung stellt dabei die Längsrichtung des Maschinenrahmens, die
y-Richtung die Richtung quer zur Längsrichtung des Maschinenrahmens, d. h. die
Förderrichtung, und die z-Richtung stellt die Bewegungsrichtung in Richtung der
Fadengelegedicke dar.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Ver
satzmechanik, welche die Ablegebewegung der Fäden in die x-, y- und z-Richtung
ausführt, mobil mit dem Portalsystem mitbewegbar.
Damit wird eine hohe Flexibilität beim Erzielen beliebiger räumlicher Bahnkurven
der Schußfäden bei Fadengelegen berücksichtigt, so daß die Fäden so im Fadengele
ge ablegbar sind, daß sie kraftflußgerecht den späteren Belastungsbedingungen im
Einsatz des jeweiligen Composite-Bauteils gerecht werden.
Vorzugsweise können Stehfäden, welche auch als 0°-Fäden bezeichnet werden, oder
sonstige Inlays, wie z. B. Folien, Schäume, Textilien, beliebig zwischen die Fadenla
gen eingearbeitet werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Portalsystem
eine Steuerungseinrichtung auf, welche über einzugebende, abspeicherbare oder fest
integrierte Steuerungs-Software die Bahnkurven das Fadenlegers erzeugbar sind.
Diese Bahnkurven des Fadenlegers werden entsprechend der Steuerungs-Software
für die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den belastungsbedingt bzw. kraft
flußgerecht auszurichtenden Fäden im Fadengelege bestimmt. Darüberhinaus kön
nen die Materialeigenschaften von zu verlegenden Fäden mittels der Steuerungs-
Software berücksichtigt werden, was bei Herstellung von Fadengelegen aus unter
schiedlichen Fadenmaterialien der Fall ist. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungs
gemäßen Vorrichtung besteht u. a. auch darin, daß die Vorrichtung somit leicht um
rüstbar ist, wenn von einer Fadengelegeart auf eine andere umgestiegen wird, ohne
daß hardwareseitige Änderungen vorzunehmen sind. Die Änderungen beziehen sich
dann lediglich auf geänderte Steuerungs-Software bzw. auf die Auswahl einer ande
ren Steuerungs-Software.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden
nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Er
findung in Gesamtanordnung; und
Fig. 2 eine Detailansicht des Fadenvorlegesystems.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung darge
stellt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein Portalsystem 5, welches auf
einen Maschinenrahmen 4 montiert ist. Seitlich zu dem Portalsystem 5 ist ein Spu
lengatter 6 angeordnet, in welchem eine zumindest der Anzahl der Schußfäden ent
sprechende Anzahl von Spulen aufgenommen ist, von welchen die einzelnen Schuß
fäden abgezogen und den am Portalsystem 5 jeweils angeordneten Fadenlegern 2
zugeführt werden. Darüberhinaus werden von einer Fadenzufuhreinrichtung 7 Fäden
parallel und in der dem Portalsystem entsprechenden Breite des Fadengeleges oder
in variablen Breiten über entsprechende Umlenkwalzen dem Fadengelege zugeführt.
In Förderrichtung am Ende des eigentlichen Portalsystems 5 ist gestrichelt eine Fi
xiereinrichtung vorgesehen, mittels welcher die einzelnen Lagen so miteinander zu
mindest vorfixiert werden, daß die Fäden der einzelnen Lagen ihre Lage nicht mehr
verändern können. Dies kann beispielsweise durch eine Wirk- oder Näheinrichtung
sowie eine Kunststoffixiereinrichtung (z. B. Kalander, Doppelbandpresse) erfolgen,
mittels welcher die einzelnen Lagen bzw. die einzelnen Fäden der einzelnen Lagen
zueinander fixiert werden. Das fertige Fadengelege 1 besteht aus mehreren Fadenla
gen 3 unterschiedlicher Richtungen, wobei eine Querrichtung, eine Längsrichtung
und eine Diagonalrichtung dargestellt ist.
Auf den Maschinenrahmen 4 sind Zahnstangen 9 in Längsrichtung des Portalsy
stems 5, d. h. in x-Richtung montiert. Angetriebene Laufwagen, die das Linearsystem
für die Querrichtung zur Förderrichtung des Fadengeleges, d. h. der y-Richtung, tra
gen, bewegen sich auf dem Maschinenrahmen 4. An diesem Laufwagen, mittels
welchem die y-Richtung für den Schußfadeneintrag erzielt wird, ist ein weiterer
Schlitten montiert, der mit solchen Antriebskomponenten versehen ist, daß er in der
Lage ist, eine z-Bewegung auszuführen. Unter z-Bewegung wird eine Bewegung in
Richtung der Dicke des Fadengeleges 1 verstanden. Damit ist es möglich, insbeson
dere bei dicken Fadengelegen 1, den Schußfaden auch in Richtung der Dicke ab
zulegen, so daß allen Anforderungen bezüglich der späteren Belastungen des Bau
teils in seinem Einsatz im Hinblick auf ein kraftflußgerechtes Ablegen der Schußfä
den entsprochen werden kann. Durch eine entsprechende Superposition der Bewe
gungen in die x-, y- und z-Richtung können somit von jedem einzelnen Portalsy
stem, wobei über die Gesamtlänge auf dem Maschinenrahmen 4 mehrere einzelne
Portalsysteme angeordnet sein können, beliebige Raumkurven des jeweiligen Fa
denlegers 2 realisiert werden. Jedes der auf den Maschinenrahmen 4 aufgesetzten
Portalsysteme kann jeden beliebigen Winkel und jede beliebige Bahnkurve für den
Schußfaden im Raum erzeugen. Die komplette Versatzmechanik 12 kann dabei mo
bil mit dem Portalsystem mitbewegt werden. Dadurch wird eine extrem hohe Flexi
bilität hinsichtlich der Erzeugung anforderungsgerechter Fadengelege, d. h. vorkon
fektionierter Fadengelege erzeugt.
Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen kompletten Portalsystem 5 kann eine hohe
Reproduzierbarkeit bei der Herstellung der Fadengelege erreicht werden. Darüber
hinaus werden die Umrüstzeiten bei der Einrichtung der Anlage, wenn von einer
Fadengelegeart bzw von einem Fadengelegematerial auf eine andere Fadengelegeart
bzw. auf ein anderes Fadengelegematerial umgerüstet werden soll, durch entspre
chende Steuerungs-Software drastisch reduziert. Da die Antriebe der Versatzmecha
nik nicht hydraulisch erfolgen, kann die Gefahr der Ölverschmutzung der Fadenge
lege mittels der erfindungsgemäßen Portallösung vermieden werden.
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Fadenlegers. Der Fadenleger 2, welcher auch als
Fadenvorlegesystem bezeichnet werden kann, ist an einem Querportalträger des
Portalsystems 5 dreidimensional bewegbar angeordnet. Dieser Querportalträger ist
vom Maschinenrahmen 4 aufgenommen, auf welchem der Querportalträger mit ei
nem nicht dargestellten Zahnrad in die längs des Maschinenrahmens 4 des Portalsy
stems 5 angeordnete Zahnstange 9 eingreift. Ebenfalls am Maschinenrahmen 4 ange
ordnet ist eine Schiene, welche die zur Lagefixierung der Fäden 10 dienenden Haken
11 trägt. Oberhalb der Zahnstange 9 ist schematisch der Bewegungsablauf für den
Fadenleger 2 aus einer Ausgangsposition bis zu einer mit gekennzeichneten
Position dargestellt.
Die erste Bewegung des Fadenlegers 2 von der Postion zur Position erfolgt in
y-Richtung. Von dort erfolgt eine Bewegung in z-Richtung zur Position . Von der
Position wird der Fadenleger 2 in x-Richtung bis zur Position bewegt (Ver
satzbewegung). Von der Position wird der Fadenleger 2 in z-Richtung zur Positi
on angehoben. Von der Position wird der Fadenleger 2 dann wieder in die der
Position 1 entsprechenden Ausgangsposition geführt, wobei diese Ausgangsposition
von der ursprünglichen Ausgangsposition um die Strecke Δx, d. h. die Bewegung des
Fadenlegers in x-Richtung, entfernt ist. Somit wird deutlich, daß der Fadenleger 2 in
sämtliche Richtungen durch Superposition der drei Grundbewegungsrichtungen in
die x-, y und z-Richtung ablegbar ist. Die prinzipielle Darstellung des Bewegungs
ablaufs von der Position zur Position veranschaulicht den Ablauf des Faden
legers 2, um die Fadenschar in die Nadeltransportkette 11 zu legen.
Des weiteren ist in Fig. 2 gezeigt, daß ein Versatzrechen 12 am Querportalträger
angebracht ist. Ein solcher Versatzrechen 12 wird bei Bewegung des Querträgers
mitbewegt. Bei Einrichtungen des Standes der Technik ist dagegen dieser Versatzre
chen ortsfest angebracht.