DE19903516A1

DE19903516A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberfläche

Info

Publication number: DE19903516A1
Application number: DE1999103516
Authority: DE
Inventors: Markus Ahrens; Vishal Mallick
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-03

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachten Faseranordnung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Druckkopf wenigstens ein elastisches Flächenelement aufweist, das derart steuerbar, in Art einer dynamischen Wellenform, verformbar ist, daß sich das Flächenelement relativ zur Faseranordnung eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermeidung von auf die Faseranordnung einwirkender Scher- oder Schubkräfte.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Anord nen und Verbinden einer Faseranordnung auf eine 2- oder 3-dimensionale Oberflä che mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranord nung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwir kende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist.

Stand der Technik

In weiten Bereichen des Maschinenbaus sowie der allgemeinen Gerätetechnik wer den hohe Anforderungen an einzelne Bauteile in puncto Robustheit, möglichst gerin ges Gewicht und Langlebigkeit gestellt, die vielfach aufgrund der bisherigen Verwen dung konventioneller, metallischer Werkstoffe für die Herstellung der jeweiligen Bauteile bereits aus Gründen des hohen spezifischen Gewichtes nicht mehr erfüllt werden können.

Hingegen sind moderne faserverstärkte Verbundwerkstoffe hinsichtlich ihrer Belast barkeit, Langlebigkeit und Steifigkeit, um nur einige vorteilhafte Eigenschaften zu nennen, durchaus in der Lage mit metallischen Materialien und insbesondere mit Leichtmetallen zu konkurrieren.

Insbesondere bei Geräten oder Maschinen, in denen einzelne Bauteile ohne großen Energieaufwand zu beschleunigen oder hohen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind, eignen sich faserverstärkte Verbundwerkstoffe aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Steifigkeit und insbesondere aufgrund ihres nur geringen Gewichtes, wodurch diese Werkstoffe vielfach metallischen Materialien überlegen sind. Selbst im Vergleich zwi schen leichtmetallische Materialien, wie beispielsweise Aluminium oder Titanlegie rungen, sind hochmoderne faserverstärkte Verbundwerkstoffe hinsichtlich ihres Sta bilitäts-/Gewichtsverhältnisses sowie Steifigkeits-/Gewichtsverhältnisses den Leicht metallen weitaus überlegen.

Von besonderer Bedeutung sind unter den allgemein bezeichneten Verbundwerk stoffen jene zu nennen, die auf faserverstärkten Polymeren basieren. Klassische Vertreter derartiger faserverstärkter Verbundwerkstoffe sind glasfaserverstärkte Kunststoffe, die jedoch hinsichtlich ihres relativ hohen spezifischen Gewichtes durch leichtgewichtige Carbonfaserverbundwerkstoffe verdrängt werden und an Bedeutung verlieren.

Es müssen jedoch große Anstrengungen unternommen werden die vorstehend ge nannten physikalischen Eigenschaften bei der Verarbeitung von Faserverbundwerk stoffe zu erhalten, insbesondere im Falle komplizierter Bauteilformen, die aus eben diesen Verbundwerkstoffen geformt werden sollen. Besonders großes Augenmerk ist bei der Herstellung dieser Bauteilen auf die gegenseitige Orientierung der einzelnen, zu verlegenden Fasern zu legen, die je nach Lagenabfolge in unterschiedliche Rich tungen zu verlegen sind.

Herkömmliche Fabrikationsmethoden sehen ein manuelles Auflegen einer Faser matte, die mit einem thermisch aushärtbaren Harz vorbehandelt ist, auf eine formge bende Oberfläche vor, die nachfolgend in ein abgeschlossenes Behältnis einge bracht wird und unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen vollständig aushärtet. Nach dem erfolgten Aushärtevorgang wird der ausgehärtete, faserver stärkte Verbundwerkstoff von der formgebenden Oberfläche getrennt und zur Quali tätsprüfung beispielsweise mittels Ultraschall untersucht. Nachteilig bei dieser be kannten Verfahrensweise zur Herstellung faserverstärkter Verbundwerkstoffe ist der hohe Arbeitseinsatz sowie die überaus hohe Ausschußrate und die nur begrenzte Reproduzierbarkeit von baugleichen Bauteilen. Insbesondere beim manuellen Aufle gen der Fasermatte auf die formgebende Oberfläche muß mit besonderer Sorgfalt gearbeitet werden, denn bereits geringfügige laterale Verspannungen innerhalb der auf der Oberfläche aufgelegten Fasermatten können Ursache für später auftretende Schwachstellen sein, die die Belastbarkeit des faserverstärkten Verbundwerkstückes entscheidend herabsetzen. Es muß daher dafür Sorge getragen werden die Verle gung der Faseranordnung ohne das Auftreten von Schub- oder Scherspannungen vorzunehmen, was aufgrund der manuellen Verlegetechnik nahezu unvermeidbar ist.

Für die Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile, die aus den vorstehend ge nannten faserverstärkten Verbundwerkstoffen gefertigt werden, sind Techniken be kannt, mit denen die vorstehend genannten Unzulänglichkeiten weitgehend umgan gen werden können. Im Rahmen sogenannter Faserwicklungsherstellverfahren ist es möglich, die Bauteile automatisch mit einer zuverlässigen Reproduzierbarkeit auch unter Bedingungen der Massenproduktion zu fertigen. Hierbei wird ein Strang aus einer Vielzahl, als Meterware vorliegenden einzelnen Fasern ineinander verwoben und auf eine rotierende Spindel oder auf einen rotationssymmetrischen Körper auf gewickelt. Bevor jedoch der aus einzelnen Fasern bestehende Strang die Oberfläche der Spindel erreicht, auf der der Strang aufgewickelt wird, werden die einzelnen Fa sern innerhalb des Strangs durch ein Harzbad geführt und auf diese Weise mit Harz durchtränkt. Der im folgenden unter Zugspannung auf die Spindel aufgewickelte Strang behält lediglich eine Mindestmenge an Flüssigharz und schmiegt sich weitge hend lückenlos auf die Kontur der Spindel an. In einem nachfolgenden Erwärmungs prozeß innerhalb eines Ofens härtet das Harz aus und bildet nach Ablösen von der Spindel einen aus faserverstärkten Verbundmaterial gefertigten dreidimensionalen Körper. Beispielsweise lassen sich auf diese Weise Ruderstangen für den Sportbe reich herstellen.

Die vorstehend bekannte Technik des Faserwicklungsherstellverfahren ermöglicht es jedoch lediglich, Körper zu fertigen, die sich durch Drehung um eine Rotationsachse bilden. Flachverlaufende Oberflächen oder einseitig geöffnete Bauteile sind auf diese Weise nicht herstellbar. Auch ist der Faserverlauf relativ zur Oberfläche des auf die se Weise herzustellenden Körpers durch die Orientierung der Rotationsachse, um die sich der Körper dreht, vorgegeben. Beliebige Faserverläufe sind daher nicht rea lisierbar, insbesondere Faserverläufe parallel zur Rotationsachse des Grundkörpers.

Aus der Faserwicklungstechnik entwickelte sich die Technik der sogenannten Verle gung von Faseranordnung in streifenförmiger Form, die die vorstehend beschriebe nen Nachteile zu umgehen vermag. So wird anstelle einer Wicklung von einem mit Harz durchtränkten Faserstrang um eine Spindel ein bandförmig, aus Fasern zu sammengesetzter Strang, mit Hilfe eines entsprechenden Werkzeugkopfes auf eine Oberfläche paßgenau und formgetreu aufgebracht. Der bandförmig ausgebildete Strang ist vorab ebenso mit Harz durchtränkt und wird mit Hilfe eines Anpreßwerk zeuges gegen die Oberfläche gedrückt.

Wie bereits bei der manuellen Verlegetechnik erwähnt, spielt auch der Anpreßvor gang, mit dem die Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche aufgebracht wird, eine die spätere Stabilität des ausgehärteten, faserverstärkten Werkstückes eine wichtige Rolle. Als kritischer Parameter während des Anpressens bzw. Aufle gens der Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche ist ein Zeitspanne, inner halb der die Faseranordnung mit der formgebenden Oberfläche bzw. mit dem bereits teilgefertigten faserverstärkten Verbundwerkstück verbunden wird. So muß innerhalb dieser Zeitspanne die mit Harz vorimprägnierte, bandförmige Faseranordnung, vor zugsweise durch lokale Erwärmung, wenigstens teilweise aufgeschmolzen werden, mit der Oberfläche fest verfügt und anschließend abgekühlt werden.

Dieser Aufbringvorgang ist durch eine minimale Zeitspanne begrenzt, die für eine sorgfältige Verfügung der Faseranordnung auf der formgebenden Oberfläche nicht zu unterschreiten ist.

Im Falle einer bandförmig ausgebildeten Faseranordnung, die kontinuierlich auf einer Oberfläche aufgebracht wird, ist die Zeitspanne durch das Verhältnis zwischen der sogenannten Kontaktlänge und der Prozeßgeschwindigkeit bestimmt. Unter dem Be griff der Kontaktlänge ist jene geometrische Bandlänge gemeint, innerhalb der die vorstehend genannten Vorgänge des lokalen Aufschmelzens, der Verfügung mit der formgebenden Oberfläche sowie der Abkühlung auf einen Zustand, bei dem die auf gebrachte Faseranordnung keine räumlichen Veränderungen relativ zu der formge benden Oberfläche erfährt, stattfinden.

Aus der amerikanischen Druckschrift US 4 699 683 geht eine Vorrichtung zum Ver legen einer Faseranordnung auf eine formgebende Oberfläche hervor, bei der die Faseranordnung mit Hilfe fester Anpreßrollen auf die Oberfläche druckbeaufschlagt aufgebracht wird. Die vorzugsweise aus Metall gefertigte Anpreßrolle gelangt übli cherweise über eine nur linienhaft ausgeprägte Anpreßfläche mit der Faseranord nung in Kontakt und verfügt diese entlang der linienhaften Fläche an der formgeben den Oberfläche. Dieser Umstand führt jedoch zu einer relativ geringen Kontaktfläche bzw. Kontaktlänge, wodurch die vorstehend beschriebene Zeitspanne, innerhalb der die Faseranordnung mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, reduziert wird, wo durch auch die Prozeßgeschwindigkeit, mit der die Faseranordnung auf die Oberflä che aufgebracht werden kann, nicht beliebig erhöht werden kann. Ferner vermag eine starr ausgebildete Anpreßrolle die Faseranordnung nicht gleichmäßig auf belie big dreidimensional gekrümmte Oberflächen bündig anzupressen, wodurch eine nur mangelhafte Flächenkontaktierung erreicht wird.

Zwar können mit Hilfe aus Metall gefertigte Anpreßrollen hohe Anpreßdrücke erzeugt werden, wodurch zumindest entlang der linienhaft ausgebildeten Kontaktfläche zwi schen Anpreßrolle und Faseranordnung eine innige Verfügung stattfinden kann, doch ist ein gleichmäßiges Anschmiegen der Faseranordnung auf unebenen, formgeben den Oberflächen mit derart starr ausgebildeten Anpreßrollen nicht möglich. Aus der US 4 601 775 ist ein Anpreßsystem zum Aufbringen einer Faseranordnung auf eine Oberfläche entnehmbar, das gummierte Anpreßrollen vorsieht, die zwar über eine begrenzte Oberflächenverformbarkeit verfügen und somit ein Anschmiegen der Fa seranordnung auch auf unebenen Oberflächen gestattet, doch sind hierbei die An preßdrücke entlang der flächenhaften Kontaktfläche unterschiedlich groß und weit aus geringer als bei starren Anpreßrollen.

Als Alternative zu den vorstehend beschriebenen Anpreßrollen sind Anpreßvorrich tungen bekannt, die aus einer Vielzahl einzelner flächenhaft ausgebildeter Anpreßelementen bestehen und sich in einem gewissen Rahmen an die Oberflä chenkontur der formgebenden Oberfläche anzupassen vermögen. Derartige Vor richtungen sind beispielsweise in der US 5 454 897 sowie US 5 015 328 beschrie ben. Die aus einer Vielzahl parallel geführter, einzelner Plattenelemente bestehen den Vorrichtungen, deren einzelne Plattenelemente normal zur Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche abgesenkt werden, üben dennoch hohe Scherkräfte auf die Faseranordnung aus und können die Faserorientierung nachteilig beeinträchtigen und bei einem unsachgemäßen Abheben der einzelnen Plattenelemente zu einem stellenweisen Wiederablösen der Faseranordnung von der formgebenden Oberflä che führen, wodurch sowohl die Eigenstabilität als auch die Eigenhärte des faserver stärkten Verbundwerkstoffes deutlich leidet. Um dieser Gefahr der Beschädigung der aufzubringenden Faseranordnung entgegenzutreten, ist vorgeschlagen worden, zwi schen den Anpreßelementen und der Faseranordnung eine Zwischenschicht in Art einer Folie einzubringen, die als Verbrauchsmaterial die Faseranordnung gegenüber dem Anpreßwerkzeug schützen soll. Dies jedoch führt zu verfahrenstechnischen Problemen hinsichtlich einer auf den Anpreßvorgang abgestimmten Zuförderung der Zwischenfolie zwischen Anpreßwerkzeug und Faseranordnung. Ferner ist dafür Sor ge zu tragen, daß die Elastizität der Zwischenfolie genügend groß sein muß, um der lokalen Belastung, bedingt durch die einzelnen Anpreßelemente des Anpreßwerk zeuges auf eine dreidimensional geformte Oberfläche, standzuhalten. Beschädigun gen oder Risse innerhalb der Folie würden unweigerlich zur Unterbrechung des Ver legevorganges führen.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranordnung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist, derart wei terzubilden, daß die beim Stand der Technik hervorgehobenen Nachteile umgangen werden können. Insbesondere sollen während des Aufbringens der Faseranordnung keine Scher- und Schubspannungen in die Fasern übertragen werden; ferner soll ein flächenhaftes Anpressen der Faseranordnung mit großen Anpreßkräften sowie eine Steigerung der Prozeßgeschwindigkeit, mit der die Faseranordnung verlegt wird, möglich sein.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 ange geben. Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 14. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Un teransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Anordnen und Verbinden einer Fa seranordnung auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche aufgebrachte Faseranordnung derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung einwirkende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche gerichtet ist, derart weitergebildet, daß der Druckkopf wenigstens ein elastisches Flächenelement aufweist, das derart in Art ei ner dynamischen Wellenform steuerbar verformbar ist, daß sich das Flächenelement relativ zur Faseranordnung eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermei dung von auf die Faseranordnung einwirkender Scher- oder Schubkräfte.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, anstelle der an sich bekannten rollenartig bzw. stempelförmig ausgebildeten Anpreßwerkzeuge zum Aufbringen einer Faseranord nung auf eine formgebende Oberfläche, ein elastisches Flächenelement zu verwen den, das mit Hilfe geeigneter Stellelemente respektive Aktoren dreidimensional ver formt werden kann. Durch die Verformbarkeit des Flächenelementes werden die durch die Stellelemente bewirkten Anpreßkräfte weitgehend gleichmäßig auf die auf zubringende Faseranordnung übertragen, wodurch jegliche Scher- und Schubspan nungen innerhalb der Faseranordnung vermieden werden.

Das flexible Flächenelement weist zwei Hauptoberflächen auf, von denen die eine mit der Faseranordnung direkt in Kontakt gebracht wird und die gegenüberliegende Hauptoberfläche mit vorzugsweise einer Vielzahl von unabhängig voneinander an steuerbaren Stellelementen, die in besonders vorteilhafter Weise matrixförmig ange ordnet sind, verbunden ist.

Das flexible Flächenelement kann aus einer flexiblen Metallplatte bestehen, auf de ren der Faseranordnung gegenüberliegenden Hauptoberfläche Piezoaktoren ange ordnet sind, die in ihrer Länge variierbar sind und auf diese Weise die flexible Metall platte zu deformieren vermögen. Hierbei sind die Stellelemente mit ihrem, der flexi blen Platte gegenüberliegenden Enden, an einem festen, gemeinsamen Gegenlager angebracht, so daß ihre Längenausdehnung unmittelbar zur Deformation des Flä chenelementes führt. Die matrixförmig angeordneten Stellelemente, die magneto striktives und/oder piezoelektrische Materialien aufweisen, werden durch eine geeig nete elektrische Spannungsversorgung derart angesteuert, daß ihre aufeinander ab gestimmte Längenvariation zu einer dynamischen Verformung des Flächenelemen tes führt, so daß dem Flächenelement eine harmonische, sich in eine Vorzugsrich tung ausbreitende Wellenbewegung einbeschrieben wird. Die Dynamik, mit der die einzelnen Stellelemente ausgelenkt werden, die letztlich die Geschwindigkeit be stimmt, mit der sich die in das Flächenelement einbeschriebene Welle entlang des Flächenelementes ausbreitet, richtet sich bevorzugt nach der Geschwindigkeit, mit der die Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche aufgetragen wird. Zum An pressen der Faseranordnung wird das flexible Flächenelement mit den darauf be findlichen Stellelementen auf die auf der Oberfläche aufliegende Faseranordnung, unmittelbar der Berührlinie zwischen Oberfläche und Faseranordnung nachgeordnet aufgebracht. Die Geschwindigkeit, mit der die Faseranordnung auf die formgebende Oberfläche aufgebracht wird, entspricht der Wellengeschwindigkeit, die durch die Stellelemente in das flexible Flächenelement eingeprägt wird. Das flexible Flä chenelement bewegt sich durch die wellenartige Eigenverformung selbständig relativ zur auf der Oberfläche aufliegenden Faseranordnung fort, ohne dabei jedwede Scher- sowie Schubspannungen in die Faseranordnung einzubringen. Auf die Fa seranordnung werden durch das Flächenelement lediglich Normalkräfte übertragen, die für eine vollständige Verfügung und Verfestigung der Faseranordnung mit der Oberfläche erforderlich sind.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Flächenelement lichtdurchlässig aus geführt, so daß es grundsätzlich möglich ist, mit Hilfe eines geeigneten Lichtstrahls, vorzugsweise Laserlicht, das Flächenelement zu durchstrahlen und die Faseranord nung lokal zu erwärmen. Ferner ist es vorteilhaft, das Flächenelement zusätzlich luft durchlässig auszubilden, um den Abkühlvorgang bzw. den Vorgang des Aushärtens zu verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranord nung auf einer zwei- oder dreidimensionalen Oberfläche zeichnet sich dadurch aus, daß zum Andrücken der Faseranordnung auf eine formgebende Oberfläche ein flexi bel ausgebildetes Flächenelement, dem eine dynamische wellenförmige Verformung einbeschrieben wird, vermittels der das Flächenelement auf der Faseranordnung in eine Vorzugsrichtung eigenbeweglich fortschreitet.

Im Unterschied zu den bekannten Methoden, mit denen Faseranordnungen gegen Oberflächen gepreßt werden, weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vor teile auf:
Der Anpreßdruck, mit der das Flächenelement die Faseranordnung auf die formge bende Oberfläche aufdrückt, ist um ein Vielfaches größer als es bei den herkömmli chen Methoden unter Verwendung an sich bekannter Anpreßrollen oder der Verwen dung plattenförmiger Elemente der Fall ist. So ist es möglich, die Prozeßgeschwin digkeit bzw. die Rate mit der die Faseranordnung verlegt werden kann, deutlich zu vergrößern. Ferner ist es möglich, das Zeitintervall, innerhalb der die Verlegearbeit vollendet ist, entweder aufgrund der größeren Kontaktlänge, mit der die Faseranord nung gegen die Oberfläche gepreßt wird, zu vergrößern oder bei gleichbleibender Kontaktzeit die Verlegegeschwindigkeit zu vergrößern. All jene Maßnahmen führen zu einem verbesserten und schnelleren Verlegevorgang, der insbesondere aus der Sicht der Wirtschaftlichkeit besonders vorteilhaft ist.

Durch die hohe Flexibilität des Flächenelementes können beliebig ausgebildete formgebende Oberflächen mit Faseranordnungen bedeckt und auf diese verfügt werden. Durch das erfindungsgemäße Flächenelement mit den darauf angebrachten Stellelementen sind somit größere Einsatzbereiche für die Herstellung faserver stärkter Verbundwerkstücke abdeckbar.

Schließlich vermögen die vorzugsweise als Piezostellelemente ausgebildeten Akto ren zur Verformung des Flächenelementes Schwingungen zu generieren, deren Schwingungsfrequenzen in den Ultraschallbereich hineinragen, wodurch eine sehr hohe Deformationsdynamik erreicht werden kann. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Schub- und Scherspannungen innerhalb der Faseranordnung vollstän dig auszuschließen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a, b schematisierte Darstellung der Verformungseigenschaften des erfindungsgemäßen Flächenelementes, sowie

Fig. 2 schematisierte Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einer Faseranordnung.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Fig. 1a ist ein flexibel ausgestaltetes Flächenelement 1 dargestellt, das in zwei oder drei Dimensionen verformbar ist. Das Flächenelement ist vorzugsweise aus ei nem flexiblen Material hergestellt, es kann jedoch auch aus Kunststoff oder kunst stoffähnlichen Materialien bestehen.

In Fig. 1b ist grundsätzlich die Deformation des Flächenelementes 1 in Art einer in eine Richtung fortschreitenden dynamischen Wellenform 2 dargestellt. Die in das Flächenelement einbeschriebene Wellendynamik ist mit der Fortbewegungsart einer Raupe vergleichbar und bewirkt eine Fortbewegung des Flächenelements 1 auf der Oberfläche 3, auf der das Flächenelement 1 aufliegt, in Pfeilrichtung. An jenen Stel len, an denen das Flächenelement in unmittelbaren Kontakt mit der Oberfläche 3 tritt, sollen hohe Anpreßkräfte auf die Oberfläche wirken. Die Deformation sowie die Er zeugung der Anpreßkräfte wird durch nicht weiter im einzelnen dargestellte Stellele mente ermöglicht, die senkrecht mit deren Flächenelement 1 in Verbindung treten (siehe hierzu insbesondere das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2).

In Fig. 2 ist in schematisierter, perspektivischer Darstellung das flexibel ausgebildete Flächenelement 1 auf einer Faseranordnung 4 aufliegend dargestellt, die auf einer Oberfläche 3 streifenförmig aufgebracht wird. Unmittelbar nach der Berührlinie 5, entlang der sich die Faseranordnung 4 und die Oberfläche 3 berühren, ist das Flä chenelement 1 mit Stellelementen 6 vorgesehen. Die Stellelemente 6 sind vorzugs weise als piezoelektrische Ultraschallwandler ausgebildet und vermögen das Flä chenelement 1 in der gemäß Fig. 1b angegebenen Weise zu deformieren. Aus Grün den der Übersichtlichkeit sind lediglich vier Stellelemente 6 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 vorgesehen, in besonders vorteilhafter Weise werden die Stellelemente 6 dicht benachbart nebeneinanderliegend in Form einer Matrix auf der Oberfläche des Flächenelementes 1 angebracht.

Auf die vorstehend genannten Vorteile, die man mit der erfindungsgemäßen Vor richtung in Verbindung mit dem Aufbringen von Faseranordnungen auf formgebende Oberflächen erzielt, wird hingewiesen.

Bezugszeichenliste

1

Flächenelement

2

Wellenform

3

Oberfläche

4

Faseranordnung

5

Berührlinie

6

Stellelemente

Claims

1. Vorrichtung zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung (4) auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche (3) mit einem Druckkopf, der auf die, auf der Oberfläche (3) aufgebrachte Faseranordnung (4) derart mechanischen Druck ausübt, daß der auf die Faseranordnung (4) einwirkende mechanische Druck weitgehend orthogonal zur Oberfläche (3) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf wenigstens ein elastisches Flä chenelement (1) aufweist, das derart steuerbar, in Art einer dynamischen Wellenform (2), verformbar ist, daß sich das Flächenelement (1) relativ zur Faseranordnung (4) eigenbeweglich fortbewegt, unter weitgehender Vermeidung von auf die Faseranord nung (4) einwirkender Scher- oder Schubkräfte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenelement (1) zwei sich gegenüberliegende Hauptoberflächen aufweist, deren erste Hauptoberfläche mit der Faseranordnung (4) kontaktierbar und an deren zweite Hauptoberfläche wenigstens ein Stellelement (6) vorgesehen ist, das eine Deformation des Flächenelements (1) in Richtung zu der auf der Oberfläche (3) aufgebrachten Faseranordnung (4) bewirkt und entsprechend ansteuerbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) in einer Vorzugsrichtung linear längbar sowie kontraktionsfähig ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) als Ultraschallwellen- Übertragungselement ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (6) einseitig fest angelenkt ist und mit seinem anderen, freien Enden mit dem elastischen Flächenelement (1) verbun den ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement (5) piezo- oder ein magnetostrikti ves Material aufweist, das über Längenausdehnungseigenschaften verfügt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der zweiten Hauptoberfläche des elastischen Flä chenelements (1) eine Vielzahl von Stellelementen (6) in Matrixform angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf mehrere matrixförmig angeordnete Flächenelemente (1) aufweist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Flächenelement (1) lichtdurchlässig und/oder luftdurchlässig ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf vertikal über der Faseranordnung (4) angeordnet ist und bei gelängten Stellelementen (6) druckbeaufschlagt die Fa seranordnung (4) mit der ersten Hauptoberfläche der elastischen Flächenelement (1) berührt, ohne daß Scherkräfte auf die Faseranordnung (4) einwirken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkopf relativ zur Faseranordnung (4) beweg bar ist, und daß eine Relativbewegung zwischen Druckkopf und Faseranordnung (4) jeweils zwischen zwei Berührereignissen zwischen der ersten Hauptoberfläche des elastischen Flächenelementes und der Faseranordnung (4) erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wärmequelle vorgesehen ist, die einen lokalen Wärmeeintrag zwischen dem elastischen Flächenelement (1) und der Faseranord nung (4) ermöglicht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmequelle eine Lichtquelle, vorzugsweise ein Laser, oder eine Warmluftquelle ist.

14. Verfahren zum Anordnen und Verbinden einer Faseranordnung (4) auf einer 2- oder 3-dimensionalen Oberfläche (3) unter Verwendung der Vorrichtung nach ei nem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche (3) aufgebrachte Faseranord nung (4) relativ zum Druckkopf bewegt wird, und daß die Geschwindigkeit mit der die Faseranordnung (4) relativ zum Druckkopf bewegt wird, der Eigengeschwindigkeit des elastischen Flächenelements (1) entspricht, mit der sich das Flächenelement (1) durch wellenförmige Verformung (2) auf der Faseranordnung (4) bewegt.

15. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, zum scherungsfreien Aufbringen mechanischen Drucks auf eine 2- oder 3- dimensionale Oberflächen (3), derart, daß die Kraftübertragung gleichmäßig ortho gonal zur Oberfläche (3) erfolgt.