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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für die Online-Kontrolle von Flachmaterial, das für die Herstellung von Formkörpern fortlaufend zugeführt wird.
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Bei den Formkörpern kann es sich insbesondere um solche aus einem Faserverbundwerkstoff handeln. Entsprechend kann das Flachmaterial ein zusammenhängendes Band oder auf einem Trägerband angeordnete Zuschnitte aus einem Faserverbundwerkstoff oder einem Fasergewebe oder -gelege umfassen.
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STAND DER TECHNIK
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Die Automatisierung der Herstellung von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen wird derzeit vorangetrieben, weil beispielsweise zahlreiche Bestandteile moderner Verkehrsflugzeuge aus Faserverbundwerkstoffen bestehen.
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Bei jeder automatisierten Fertigung ist die Qualitätskontrolle von besonderer Bedeutung. Dabei ist insbesondere eine Online-Kontrolle, also eine Kontrolle während der laufenden Produktion, vorteilhaft, weil nur sie ermöglicht, noch Einfluss auf die Produktionsbedingungen zu nehmen, um Ausschuss zu vermeiden.
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Aus R. Schmitt et al.: Laser light-section sensor automating the production of textile-reinforced composites, Optical Sensors 2009, Proc. of SPIE Vol. 7356, 73560P-1 bis -12, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle bei der Herstellung von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen bekannt. Dabei kommt eine Lichtschnitttechnik zur Anwendung. Bei Lichtschnitttechniken kommt es zu starken Signalschwankungen abhängig von der Reflektivität des betrachteten Materials. Zudem macht sich Licht aus der Umgebung störend bemerkbar. Hieraus resultiert eine nicht unerhebliche Ungenauigkeit beim Erfassen relevanter Parameter von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen mit Lichtschnitttechniken.
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Die
DE 103 18 724 A1 offenbart eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffs des Schutzanspruchs 1.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Online-Kontrolle von Flachmaterial, das für die Herstellung von Formkörpern fortlaufend zugeführt wird, aufzuzeigen, mit der insbesondere Flachmaterial für die Herstellung von Formkörpern aus Faserverbundwerkstoffen online mit hoher Effizienz kontrolliert werden kann.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Schutzanspruchs 1 gelöst. Die abgängigen Schutzansprüche sind auf Details gerichtet, die für die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft sind.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Online-Kontrolle von Flachmaterial, das für die Herstellung von Formkörpern fortlaufend zugeführt wird, ist zwischen einer Prüfwalze, deren Walzenoberfläche mit einer mit einer mindestens einen Abschnitt einer PVDF-Folie umfassenden elektromechanischen Wandlereinrichtung versehen ist, und einer Abstützoberfläche ein Prüfspalt ausgebildet. Eine Antriebseinrichtung bewegt die Walzenoberfläche im Bereich des Prüfspalts mit einer gleichen Geschwindigkeit vorwärts wie das Flachmaterial durch den Prüfspalt hindurch tritt, und eine Auswerteeinrichtung wertet ein elektrisches Signal der elektromechanischen Wandlereinrichtung aus.
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In dem Prüfspalt wird das Flachmaterial gegen die Walzenoberfläche der Prüfwalze und damit gegen die elektromechanische Wandlereinrichtung gedrückt. Jegliche Strukturierung des Flachmaterials, allein durch seine Begrenzungskanten, aber insbesondere auch durch eingebettete Verstärkungsfasern oder dergleichen, führen zu charakteristischen Anteilen im elektrischen Signal der elektromechanischen Wandlereinrichtung. So kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere eine Online-Kontrolle von Flachmaterial durchgeführt werden, das ein zusammenhängendes Band oder auf einem Trägerband angeordnete Zuschnitte aus einem Faserverbundwerkstoff oder einem Fasergewebe oder -gelege umfasst.
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Bei PVDF-Folie, d. h. Folie aus Polyvinylidenfluorid, handelt es sich um eine Art makromolekulares Piezomaterial, dessen elektrisches Signal von der auf die Folie einwirkenden mechanischen Spannung abhängt.
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Aus Mami Tanaka et al.: Measurement and Evaluation of Tactile Sensations using a PVDF Sensor, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 19 – January 2008, Seiten 35–42, ist eine Sensorvorrichtung bekannt, bei der auf einer Walze über einen Teilbereich von wenigen 10° Umfang ein Abschnitt einer PVDF-Folie angeordnet ist. Zwischen einem harten Kern der Walze und der PVDF-Folie ist dabei eine Weichgummischicht vorgesehen. Über die mit horizontaler Drehachse ausgerichtete Walze ist ein Band aus einem auf seine Trageeigenschaften zu untersuchenden Textilmaterial mit Hilfe einer festen Einspannung an seinem einen Ende und einem Gewicht an seinem anderen Ende gespannt. Gemessen wird das elektrische Signal von der Folie beim Drehen der Trommel. Dabei bewegt sich der Folienabschnitt das Band aus dem Textilmaterial entlang. Aus dem elektrischen Signal sollen sich Hinweise, konkret auf das menschliche Kontaktempfinden, zu dem textilen Material ergeben.
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Obwohl sich bei der vorliegenden Erfindung wesentliche Details von der bekannten Sensorvorrichtung unterscheiden, ist es auch bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, wenn zwischen dem Abschnitt der PVDF-Folie und einem harten Kern der Prüfwalze eine Schicht aus einem Elastomerwerkstoff angeordnet ist. Hierbei kann es sich um Gummi handeln.
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Vorzugsweise wird auch die Abstützoberfläche mit der gleichen Geschwindigkeit vorwärts bewegt wie die Walzenoberfläche und das Flachmaterial. Grundsätzlich kann die Abstützoberfläche aber auch ruhen, wobei das Flachmaterial über sie abgleitet. Dann ist es bevorzugt, dass die Abstützoberfläche sehr glatt ist und nur wenig Reibung verursacht.
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Wenn die Abstützoberfläche ebenfalls mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Walzenoberfläche und das Flachmaterial bewegt wird, kann es sich auch um die Oberfläche einer Walze, d. h. einer Abstützwalze handeln, die parallel zu der Prüfwalze ausgerichtet ist. Eine bewegte Abstützoberfläche kann aber beispielsweise auch durch ein Tragband für das Flachmaterial ausgebildet werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die elektromechanische Wandlereinrichtung über die Walzenoberfläche verteilte Wandlerflächensegmente aufweisen. Allein dadurch, dass die Wandlereinrichtung nur im Bereich des Prüfspalts mit dem Flachmaterial in solchem Kontakt steht, dass ein damit korreliertes elektrisches Signal von der elektromechanischen Wandlereinrichtung auftritt, erfolgt bereits eine Lokalisierung des Ursprungs des elektrischen Signals auf einem bestimmten Umfangsbereich der Walzenoberfläche. Dennoch kann es sinnvoll sein, dass mehrere Wandlerflächensegmente in Umfangsrichtung der Prüfwalze aufeinander folgen. Damit kann zum Beispiel die Drehbewegung der Prüfwalze erfasst bzw. überwacht werden, oder es kann die relative Empfindlichkeit der Wandlereinrichtung erhöht werden, indem immer nur die Wandlerflächensegmente auf das elektrische Signal abgefragt werden, die sich gerade in dem Prüfspalt befinden und dort an dem Flachmaterial anliegen.
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Es können aber auch mehrere Wandlerflächensegmente quer zur Umfangsrichtung der Prüfwalze nebeneinander angeordnet sein. Damit kann auch die Breite des jeweiligen Flachmaterials bzw. seine aktuelle Lage in Richtung quer zur Umfangsrichtung der Prüfwalze erfasst und überwacht werden.
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Grundsätzlich kann die elektromechanische Wandlereinrichtung natürlich sowohl in Umfangsrichtung als auch quer dazu in einzelne Wandlerflächensegmente aufgeteilt sein. In jedem Fall ist es bei Unterteilung der Wandlereinrichtung in Querrichtung zur Umfangsrichtung sinnvoll, dass jeweils alle Wandlerflächensegmente, die in dem Prüfspalt an dem Flachmaterial anliegen, auf das elektrische Signal abgefragt werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung ist es nicht nur möglich, die Lage und die Abmessungen des jeweiligen Flachmaterials zu überwachen, sondern auch seine Art, d. h. seinen Aufbau. Insbesondere seine Oberflächenstruktur hat einen unmittelbaren Einfluss auf das elektrische Signal von der elektromechanischen Wandlereinrichtung. Zumindest kann erfindungsgemäß kontrolliert werden, ob die jeweilige Art des Flachmaterials einer Vorgabe entspricht, indem zum Beispiel das Frequenzspektrum des elektrischen Signals abhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Flachmaterial durch den Prüfspalt geführt wird, mit dem für das erwartete Material zu erwartenden Frequenzspektrum abgeglichen wird. Es ist aber auch möglich, ein unbekanntes Material erfindungsgemäß bezüglich der Struktur seiner Oberfläche zu vermessen, indem das elektrische Signal entsprechend ausgewertet wird. Bei allen Auswertungen des elektrischen Signals der elektromechanischen Wandlereinrichtung ist dessen Frequenzspektrum von besonderer Bedeutung, wobei – wie bereits angemerkt – dieses Frequenzspektrum auf die Geschwindigkeit zu normieren ist, mit der das Flachmaterial durch den Prüfspalt hindurchgeführt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Ansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Ansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Ansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Ansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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Die in den Ansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
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Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Ansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Ansprüche leichter verständlich zu machen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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2 ist eine schematische Draufsicht auf die Umfangsfläche einer Prüfwalze der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1; und
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3 ist eine schematische Draufsicht auf die Umgangsfläche einer anderen Ausführungsform der Prüfwalze der Vorrichtung gemäß 1.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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In 1 ist angedeutet, wie ein Flachmaterial 1 von einem Vorrat 2 zu einer Verarbeitungsmaschine 3 in einer durch einen Pfeil 4 angedeuteten Richtung mit bestimmter Geschwindigkeit vorwärtsbewegt wird. Diese Bewegung des Flachmaterials 1 erstreckt sich durch einen Prüfspalt 5 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 6 zur Online-Kontrolle des Flachmaterials 1 hindurch. Der Prüfspalt 5 ist zwischen einer Prüfwalze 7 und einer Abstützwalze 8 ausgebildet. Eine Walzenoberfläche 9 der Prüfwalze 7 und eine Abstützoberfläche 10 der Abstützwalze 8 bewegen sich dabei mit derselben Geschwindigkeit wie das Flachmaterial 1 durch den Prüfspalt 5, wobei die Drehrichtungen der Walzen 7 und 8 durch Pfeile 11 und 12 angedeutet ist. Die Walzen 7 und 8 können grundsätzlich passiv ausgebildet sein, d. h. ausschließlich durch das durch den Prüfspalt 5 vorwärtsbewegte Flachmaterial 1 in Drehung versetzt werden. Vorzugsweise ist aber eine Antriebseinrichtung 13 vorgesehen, die auf Wellen 14 der Walzen 7 und 8 einwirkt und diese abgestimmt aufeinander so antreibt, dass das Flachmaterial 1, die Walzenoberfläche 9 und die Abstützoberfläche 10 in dem Prüfspalt 5 genau gleiche Geschwindigkeiten aufweisen.
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Die Abstützwalze 8 ist als im Wesentlichen harte Walze ausgebildet. Sie kann einen starren Metallzylinder mit der Abstützoberfläche 10 aufweisen. Die Prüfwalze 7 weist einen harten Kern 15 auf. Auf diesem harten Kern 15 ist eine Schicht 16 aus einem Elastomerwerkstoff, wie beispielsweise Gummi, angeordnet. Auf der Schicht 16 ist eine PVDF-Folie 17 als elektromechanische Wandlereinrichtung 18 angeordnet. Abhängig von der Struktur, insbesondere der Oberflächenstruktur des Flachmaterials 1 wird der weichere äußere Aufbau der Prüfwalze 7 deformiert, und diese Deformationen werden mit Hilfe der Wandlereinrichtung 18 erfasst. Die Wandlereinrichtung 18 gibt ein elektrisches Signal 19 an eine Auswerteeinrichtung 20 aus. Mit Hilfe des elektrischen Signals 19 können online der gewünschte Aufbau und die gewünschte Lage des Flachmaterials 1 mit der Vorrichtung 6 überwacht werden. Auf der PVDF-Folie 17 kann noch eine Schutzabdeckung angeordnet sein, die hier nicht dargestellt ist. Die Wandlereinrichtung 18 kann ein einziger, auf die Schicht 16 gewickelter Abschnitt der PVDF-Folie 17 sein. Genutzt hiervon wird immer nur der Teil der PVDF-Folie 17 bzw. der Wandlereinrichtung 18, der sich im Bereich des Prüfspalts 5 befindet und dort an dem Flachmaterial 1 anliegt, welches sich an der Abstützoberfläche 10 abstützt.
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2 illustriert eine Ausführungsform der Prüfwalze 7, bei der die Walzenoberfläche 9 nicht nur durch einen einzigen Abschnitt der PVDF-Folie 17 abgedeckt ist, sondern mehrere Flächensegmente 21 der Wandlereinrichtung 18 quer zur Umfangsrichtung der Walze 7 nebeneinander angeordnet sind. So kann das mit gestrichelten Linien angedeutete Flachmaterial auch bezüglich seiner momentanen Lage in dem Prüfspalt in Querrichtung zur Umfangsrichtung mit Hilfe der Wandlerflächensegmente 21 erfasst werden. So liefern bei der Anordnung des Flachmaterials 1 gemäß 2 die unteren Wandlerflächensegmente 21 elektrische Signale, wobei das unterste und das zweitoberste, die nur teilweise von dem Flachmaterial 1 abgedeckt sind, schwächere elektrische Signale liefern, während das oberste Wandlerflächensegment 21, da es nicht an dem Flachmaterial 1 anliegt, kein elektrisches Signal liefert oder jedenfalls keines, das mit der Struktur des Flachmaterials 1 korreliert ist. In 2 sind die seitlichen Abstände der Flächensegmente 21 übergroß dargestellt. Die Flächensegmente 21 können in Richtung quer zur Umfangsrichtung der Prüfwalze 17 direkt aneinander angrenzen. Die Anzahl der Flächensegmente 21 kann größer oder kleiner als dargestellt sein.
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Gemäß 3 ist die Wandlereinrichtung 18 in Umfangsrichtung der Prüfwalze 7 in Wandlerflächensegmente 21 unterteilt, die jeweils aus einem Abschnitt PVDF-Folie 17 bestehen. Aus dem Signal der einzelnen Wandlerflächensegmente 21 kann auch die Drehgeschwindigkeit der Prüfwalze 7 abgeleitet und damit überwacht werden. Grundsätzlich reicht es aber bei einer Prüfwalze 7 gemäß 3 aus, immer nur die Wandlerflächensegmente 21 bezüglich des elektrischen Signals abzufragen, die sich gerade im Bereich des Prüfspalts 5 gemäß 1 befinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flachmaterial
- 2
- Vorrat
- 3
- Verarbeitungsmaschine
- 4
- Pfeil
- 5
- Prüfspalt
- 6
- Vorrichtung
- 7
- Prüfwalze
- 8
- Abstützwalze
- 9
- Walzenoberfläche
- 10
- Abstützoberfläche
- 11
- Pfeil
- 12
- Pfeil
- 13
- Antriebseinrichtung
- 14
- Welle
- 15
- harter Kern
- 16
- Schicht
- 17
- PVDF-Folie
- 18
- Wandlereinrichtung
- 19
- elektrisches Signal
- 20
- Auswerteeinrichtung
- 21
- Wandlerflächensegment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- R. Schmitt et al.: Laser light-section sensor automating the production of textile-reinforced composites, Optical Sensors 2009, Proc. of SPIE Vol. 7356, 73560P-1 bis -12 [0005]
- Mami Tanaka et al.: Measurement and Evaluation of Tactile Sensations using a PVDF Sensor, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 19 – January 2008, Seiten 35–42 [0012]
