DE202014100513U1 - Tape laying device for building a laminate - Google Patents
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Abstract
Tapelegevorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (90) für beispielsweise Automobilbauteile, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch: a) eine Zuführeinrichtung (10) für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape (93) an eine Ablegeeinrichtung (20); b) eine Ablegeeinrichtung (20) für das Ablegen von zugeführtem Tape (93) bis zum Erhalt einer zum Laminat (90) korrespondierenden Tapestruktur (91) aus neben- und aufeinander abgelegtem Tape (93); wobei nebeneinander abgelegtes Tape (93) eine Tapelage (92) einer Tapestruktur (91) definiert; und c) eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats (90) durch: – eine Führungseinrichtung (40) für das Heranführen von einem Querschnitt (Q) der Tapestruktur (91) aus neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen (92) und/oder Tapes (93) an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) oder umgekehrt; – eine Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) herangeführten Querschnitt (Q) aneinandergrenzenden Fügezonen (95) aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen (92) und/oder Tapes (93) der Tapestruktur (91); und – eine Konsolidierungseinrichtung (60) für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) herangeführten Querschnitt (Q) aneinandergrenzenden Fügezonen (95) aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen (92) und/oder Tapes (93) der Tapestruktur (91).Tape laying device (1) for carrying out a method for constructing and consolidating a laminate (90) for, for example, automotive components, in particular according to one of the preceding claims, characterized by: a) a feed device (10) for feeding with binder and / or matrix Materials provided tape to be deposited (93) to a depositing device (20); b) a depositing device (20) for depositing supplied tape (93) until a tape structure (91) corresponding to the laminate (90) is obtained from juxtaposed and stacked tape (93); wherein juxtaposed tape (93) defines a stacking (92) of a tape structure (91); and c) control means (30) for controlling the obtaining of a consolidated laminate (90) by: - guide means (40) for bringing a cross-section (Q) of the tape structure (91) into juxtaposed and stacked stack layers (92) and / or tapes (93) to an ultrasonic exciter (50) or vice versa; An ultrasound excitation device (50) for a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in all joining zones (95) adjoining each other in the cross section (Q) brought to the ultrasound excitation device (50) of all juxtaposed and stacked layers ( 92) and / or tapes (93) of the tape structure (91); and - a consolidation device (60) for a successive bringing together of the plasticized binder and / or matrix materials in all the cross-section (Q) brought to the ultrasound excitation device (50) adjacent joining zones (95) of all juxtaposed and stacked layers ( 92) and / or tapes (93) of the tape structure (91).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tapelegevorrichtung zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung, welche wenigstens umfasst:
- a) eine Zuführeinrichtung für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape an eine Ablegeeinrichtung;
- b) eine Ablegeeinrichtung für das Ablegen von zugeführtem Tape; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
- c) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminatsdurch: aa) eine Führungseinrichtung für das Heranführen von Tape an eine Anregungseinrichtung oder umgekehrt; bb) eine Anregungseinrichtung für ein Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführtem Tape; und cc) eine Konsolidierungseinrichtung für ein Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in aneinandergrenzenden Fügezonen aufeinander liegender Tapes.
- a) a feeding device for supplying provided with binder and / or matrix materials to be deposited tape to a depositing device;
- b) a depositing device for depositing supplied tape; wherein juxtaposed tape defines a stack of a tape structure; and
- c) a controller for controlling the receipt of a consolidated laminate by: aa) guide means for feeding tape to an exciter or vice versa; bb) an excitation device for plasticizing the binder and / or matrix materials in joining zones of tape brought to the exciting device; and cc) a consolidation device for bringing the plasticized binder and / or matrix materials together in adjoining joining zones of superimposed tapes.
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium.Fiber composite applications have continued to increase over the past decades, especially when viewed as a cost-effective alternative to metallic materials, with the benefits of design freedom and application-specific formulation capabilities. Specifically, the material CFK (carbon fiber reinforced plastic) has an extremely high potential for lightweight construction, while being characterized by its high strength and very high structural rigidity. The latter is an important criterion in automotive engineering, for example.
Die heutigen Entwicklungstätigkeiten für Produktionsanlagen zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen reichen daher von reiner Maschinenentwicklung bis hin zu schlüsselfertigen Produktionssystemen. Erstere umfassen für gewöhnlich Preform-Herstelleinheiten, Press- und ggf. Injektionseinheiten sowie Nachbearbeitungseinheiten – letztere die entsprechende Automatisation für das Preform-Handling, die Werkzeugreinigung, die Bauteilentnahme und dergleichen mehr.Therefore, today's development activities for fiber composite processing equipment ranges from pure machine development to turnkey production systems. The former usually include preform manufacturing units, press and optionally injection units and post-processing units - the latter the corresponding automation for preform handling, tool cleaning, component removal and the like.
Die automatisierbare Herstellung der Preform ist definitiv die Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität. Aber auch bei sog. Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll. The automatable production of the preform is definitely the key technology in the production process of continuous fiber reinforced fiber composite components for the realization of an efficient mass production with reproducible stable component quality. But even with so-called hybrid components, ie compression-molded sheets, which are primarily pressed with carbon fiber semi-finished products in order to additionally reinforce critical load zones, all production units must be able to be integrated in terms of plant and control technology if sufficient productivity is to be achieved.
Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Faser-Halbzeuge wie mit einem Binder (Schmelzkleber) benetzte und/oder mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägnierte Faser-Garne und/oder Flächengebilde (sog. Prepregs) wie Faser-Gewebe, -Gestricke, -Gelege oder -Matten verwendet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).For the production of continuous fiber reinforced components, predominantly textile fiber semi-finished products such as fiber yarns and / or fabrics impregnated with a binder (hotmelt adhesive) and / or partially or fully impregnated with a matrix (so-called prepregs) such as fiber fabrics, knit fabrics, Pads or mats used. The matrix of fiber-reinforced plastics has the task of embedding the heavy-duty fibers (supporting function) and completely filling their intermediate space (blocking function).
An Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste oder der Duroplaste und ggf. zusätzlicher elastifizierender Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Chemikalienbeständigkeit unterscheiden. Duroplastische Formmassen lassen sich durch Temperatureinwirkung plastifizieren, sind in diesem Moment formbar und härten dann irreversibel unter Druck und Temperatur aus. Im Gegensatz zu den Thermoplasten bestehen die Elastomere und Duroplaste (auch Duromere genannt) nach der Verarbeitung, d. h. im gebrauchsfertigen Zustand, aus mehr oder weniger stark vernetzten Makromolekülen, die in der Regel weder schmelzbar noch löslich sind.In principle binder materials and / or matrix materials can be used materials from the groups of thermoplastics or thermosets and optionally additional elasticizing components, such as elastomers, which in the strength, the maximum elongation, the operating temperature, the processing speed and the Distinguish chemical resistance. Thermosetting molding compounds can be plasticized by the action of temperature, are malleable at this moment and then cure irreversibly under pressure and temperature. In contrast to the thermoplastics, the elastomers and thermosets (also called thermosets) after processing, d. H. in the ready-to-use state, of more or less strongly cross-linked macromolecules, which are generally neither fusible nor soluble.
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden in einem Schneidprozess, Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollflächig auskleiden. Beim Schneiden der Zuschnitte entsteht, je nach Bauteilgeometrie ein signifikanter Schneidabfall, der nicht verarbeitet werden kann und die Effizienz dieses Prozesses erheblich verschlechtert.From these semi-finished products, which are available as rolls or sheets in standard formats, blanks are produced in a cutting process, which usually line the formed component over its entire surface. When cutting the blanks, depending on the component geometry, a significant cutting waste is generated that can not be processed and significantly reduces the efficiency of this process.
Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz können endlosfaserverstärkte Bauteile über Faser- oder auch als Tape-Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw. verschnittfrei hergestellt werden. Speziell die Verwendung von thermoplastischen Endlosfaser Tapes erweisen sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Hierbei stellt insbesondere das Legen der für gewöhnlich als Tape vorliegenden Faserverbundwerkstoffe zum Aufbau eines Laminats eine besondere Herausforderung dar. To improve resource efficiency, continuous fiber-reinforced components can be produced substantially less waste or without wastage via processes that have become known as tape-laying methods. In particular, the use of thermoplastic continuous fiber tapes prove to be a very attractive process variant. In particular, the laying of the fibrous composite materials, which are usually present as a tape, for constructing a laminate presents a special challenge.
Mit einem „Tape“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Prepregmaterial, beispielsweise zwischen 30 und 150 mm breites Prepreg-Streifenmaterial, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepegmaterial“ sind vorliegend insbesondere Faser-Garne (Rovings), Faser-Gelege und/oder Faser-Gewebe gemeint, welche mit einem Binder benetzt und/oder mit einer Matrix, beispielsweise einer Duroplastmatrix oder Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind. With a "tape" is in the context of the present invention preferably any type of sheet-shaped prepreg material, for example between 30 and 150 mm wide prepreg strip material, which is suitable for laying by means of a tape laying device. In the present case, "prepreg material" means, in particular, fiber yarns (rovings), fiber scrims and / or fiber webs which are wetted with a binder and / or partially or completely impregnated with a matrix, for example a thermoset matrix or thermoplastic matrix, in particular preimpregnated , are.
Bei den „Fasern“ handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, ist aber in gleicher Weise auch für Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern anwendbar. The "fibers" are in particular carbon fibers, but in the same way also for glass fibers or other, in particular artificially produced, fibers applicable.
Das Tape kann auf einem Trägermaterial angeordnet sein, insbesondere einer Trägerfolie oder einem Trägerpapier, das während des Ablegens des Tapes zum Aufbau des Laminats sich von dem Trägermaterial löst, wobei das Trägermaterial mittels einer geeigneten Einrichtung der Tapelegevorrichtung beseitigt, beispielsweise aufgewickelt, wird. Bevorzugt können jedoch auch Tapes Verwendung finden, die keine Trägermaterialien mehr benötigen.The tape can be arranged on a carrier material, in particular a carrier film or a carrier paper, which dissolves during the laying of the tape for building the laminate from the carrier material, wherein the carrier material by means of a suitable device of the tape laying device eliminated, for example, wound. However, it is also preferable to use tapes which no longer require carrier materials.
Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits drauf sich befindenden gelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden. Der Schweißpunkt hält hierbei immer nur die Trennfuge zwischen zwei übereinander liegenden Tapelagen zusammen. Die hierdurch komplex abgelegte Fasertapestruktur ist somit nur punktförmig miteinander verbunden. Der Zusammenhalt reicht aus, um die Tapestruktur vom Tisch aufzunehmen und, beispielsweise mit Saugergreifsystemen zu transportieren. Durch den losen Zusammenhalt ist es allerdings nicht möglich, die Tapestruktur homogen, z.B. in einem Infrarot-(IR)-Heizfeld zu erwärmen und zu einem Bauteil umzuformen. Die einzelnen Tapes lösen sich hierbei und sind nicht prozesssicher umzuformen.For the processing of tapes is known to deduct these from a spool or roll to cut to length and place on a laying table or already laid on it laid tape structure. When a tape strip is deposited, it is connected pointwise to the underlying tape layer via a number of ultrasonic welding heads. The weld always holds only the parting line between two stacking layers lying together. The fiber damper structure, which is deposited in a complex manner as a result, is thus connected to one another only at points. The cohesion is sufficient to pick up the tape structure from the table and, for example, to transport it with suction gripping systems. Due to the loose cohesion, however, it is not possible to use the tape structure homogeneously, e.g. in an infrared (IR) heating field to heat and transform into a component. The individual tapes dissolve in this case and can not be transformed reliably.
Bekannter Stand der Technik bei der Verarbeitung gelegter und punktförmig fixierter Tapestrukturen ist das Konsolidieren in einer Presse. Soweit es sich bei den Tapes um eine thermoplastische Kunststoffmatrix handelt, muss hierbei die gesamte Struktur zunächst auf Schmelz- bzw. Fließtemperatur aufgeheizt und anschließend unter flächigem Pressdruck wieder abgekühlt werden. Hierzu ist der Energieaufwand sehr hoch und macht dadurch das gesamte Verfahren unwirtschaftlich. Ferner kann es durch das vollständige Aufschmelzen der gesamten Struktur zu unerwünschten Fließvorgängen kommen, bei denen Material in der Pressebene nach außen gedrückt wird. Dies führt dann zu gravierenden Verschiebungen der Faserorientierung, die zu geringerer Bauteilfestigkeit führt.Known prior art in the processing of laid and punctiform fixed tape structures is consolidating in a press. As far as the tapes are a thermoplastic polymer matrix, in this case the entire structure first has to be heated to melting or flow temperature and then cooled again under surface pressure. For this purpose, the energy consumption is very high and thus makes the entire process uneconomical. Furthermore, the complete melting of the entire structure can lead to undesired flow processes in which material is pressed outward in the press plane. This then leads to serious shifts in the fiber orientation, which leads to lower component strength.
Zur Verarbeitung von Tape bzw. Durchführung eines Tape-Legeverfahrens werden daher heutzutage vielfach auch automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind, Tape strukturiert abzulegen. Bekannt sind insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen, unter welchen vorliegend beispielsweise auch eine sog. Fibre-Placement-Vorrichtung zu verstehen ist.For the processing of tape or implementation of a tape-laying process, therefore, automatic devices are often used today, which are able to store tape structured. Known are in particular so-called. Tapelegevorrichtungen, which in this case, for example, a so-called. Fiber placement device is to be understood.
Während automatisierter Ablegeprozesse wird abzulegendes Tape mittels eines Legekopfes, je nach Typ der eingesetzten Tapelegevorrichtung beispielsweise über einen Gleitschuh oder eine Andruckrolle, auf eine bereits abgelegte Tapestruktur mit vergleichsweise geringem, lediglich lokalem und sehr kurzzeitigem Druck gepresst, so dass das abzulegende Tape sukzessive, also lediglich schrittweise bzw. aufeinander folgend, mit der bereits abgelegten Tapestruktur geringfügig verklebt bzw. verschweißt wird. Hierfür ist jedoch eine geeignete Klebrigkeit bzw. Schweißbarkeit der Binderund/oder Matrixsysteme in dem abzulegenden Tape beziehungsweise der bereits abgelegten Tapestruktur erforderlich. During automated deposition processes tape to be deposited is pressed by means of a laying head, depending on the type of tape laying device used, for example via a shoe or a pinch roller on an already deposited tape structure with comparatively low, only local and very short-term pressure, so that the tape to be deposited successively, so only gradually or successively, with the already deposited tape structure is slightly glued or welded. For this purpose, however, a suitable stickiness or weldability of the binder and / or matrix systems in the tape to be deposited or the already deposited tape structure is required.
Bei der Verarbeitung von Tapes mit duromerem Binder- und/oder Matrix-System kann die Klebrigkeit durch moderates Erwärmen erhöht werden. So ist beispielsweise bekannt geworden, einen warmen Luftstrom an dem abzulegenden Tape vorbeizuführen, welcher eine Erwärmung des abzulegenden Tapes durch thermische Konvektion bewirkt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die vorstehend beschriebene Erwärmung mittels eines warmen Luftstroms nur geringe Wärmeübertragungseigenschaften besitzt und zu geringen Aufheizgeschwindigkeiten des abzulegenden Tapes führt, so dass sich daher nicht gewünschte Ablegegeschwindigkeiten erzielen lassen. Zudem ist zum oberflächennahen Aufschmelzen von Tapes mit thermoplastischem Binder- und/oder Matrix-System die Verwendung von Heißluft nicht geeignet. In the processing of tapes with duromeric binder and / or matrix system, the tackiness can be increased by moderate heating. Thus, it has become known, for example, to pass a warm air flow past the tape to be deposited, which causes heating of the tap to be deposited by thermal convection. However, it has been found that the above-described heating by means of a warm air flow has only low heat transfer properties and leads to low heating rates of the tap to be deposited, so that it is not possible to achieve desired deposition rates. In addition, the use of hot air is not suitable for near-surface melting of tapes with a thermoplastic binder and / or matrix system.
Diese Technik wurde beispielsweise in der
Auch dieser Legeprozess ist allerdings ebenfalls aufgrund seiner lediglich lokal begrenzt wirkenden Ausgestaltung in seiner Legegeschwindigkeit begrenzt und daher insbesondere für eine serientaugliche großflächige Anwendung nicht geeignet. However, this laying process is also limited due to its only locally limited design in its laying speed and therefore not suitable in particular for a mass production application suitable for mass production.
Zudem kann es bei der Konsolidierung großflächiger Anwendungen aufgrund von prozessbedingt über seine Dicke hinweg erwärmten Tapes zu unerwünschten Fließvorgängen und Faserverschiebungen sowohl im abzulegenden Tape als auch in der obersten Tapelage oder einer bereits abgelegten Tapestruktur kommen. Dies führt zu Eigenspannungen in der gesamten Tapestruktur, die zu Bauteilverzug und einer deutlichen Verschlechterung der physikalischen Bauteileigenschaften führen kann. In addition, in the consolidation of large-area applications due to process-related over its thickness heated tapes to undesirable flow processes and fiber shifts in both be deposited tape as well as in the top stacking or a previously deposited tape structure come. This leads to residual stresses in the entire tape structure, which can lead to component distortion and a significant deterioration in the physical component properties.
Schließlich sei auf die
- – Auftragen und Verbinden einer ersten Gruppe von Fasern mit einem Fließband in einem ersten Winkel, wobei ein Matrixmaterial mit der ersten Gruppe von Fasern verbunden ist;
- – Auftragen und Verbinden einer zweiten Gruppe von Fasern mit einem Fließband in einem zweiten Winkel, wobei ein Matrixmaterial mit der zweiten Gruppe von Fasern verbunden ist;
- – wobei der erste Winkel ungleich dem zweiten Winkel ist, und
- – wobei die erste Gruppe der Fasern intermittierend aufgetragen wird, und
- – wobei auch die zweite Gruppe der Fasern intermittierend aufgetragen wird, um Ausschnitte im Verbundwerkstoff-Teil vorsehen zu können.
- Applying and bonding a first group of fibers to a conveyor belt at a first angle, wherein a matrix material is bonded to the first group of fibers;
- Applying and bonding a second group of fibers to a conveyor belt at a second angle, wherein a matrix material is bonded to the second group of fibers;
- - wherein the first angle is not equal to the second angle, and
- - wherein the first group of fibers is applied intermittently, and
- - Wherein the second group of fibers is applied intermittently to provide cutouts in the composite part can.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Tapelegevorrichtung zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung bereitzustellen, welche beziehungsweise welches die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide an improved tape laying device for constructing and consolidating a laminate for, for example, automobile components by means of a tape laying device, which avoids the disadvantages described above.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Tapelegevorrichtung zum Aufbau eines Laminats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a tape laying device for constructing a laminate having the features of
Ein möglicher Ablauf zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung ist gekennzeichnet durch:
- a) ein Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape an eine Ablegeeinrichtung;
- b) ein Ablegen von zugeführtem Tape mittels der Ablegeeinrichtung bis zum Erhalt einer zum Laminat korrespondierenden Tapestruktur aus neben- und aufeinander abgelegtem Tape; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
- c) ein Steuern des Erhalts eines konsolidierten Laminats durch: – ein Heranführen von einem Querschnitt Q der Tapestruktur aus nebenund aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung oder umgekehrt; – ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitt Q aneinandergrenzenden Fügezonen aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur; und – ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitt Q aneinandergrenzenden Fügezonen aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur.
- a) feeding to be deposited with provided binder and / or matrix materials tape to a depositing device;
- b) depositing of supplied tape by means of the depositing device until obtaining a tape structure corresponding to the laminate of juxtaposed and successively deposited tape; wherein juxtaposed tape defines a stack of a tape structure; and
- c) controlling the receipt of a consolidated laminate by: - bringing a cross-section Q of the tape structure from adjacent and stacked piles and / or tapes to an ultrasonic exciter or vice versa; A successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in all the joining zones of adjoining and stacked layers and / or tapes of the tape structure adjacent to one another in the ultrasonic excitation device; and - a successive bringing together of the plasticized binder and / or matrix materials in all in the ultrasonic cross-section Q brought up to the ultrasonic exciter joining zones of all juxtaposed and stacked piles and / or tapes of the tape structure.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitt Q aneinander-grenzenden Fügezonen aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur sukzessive plastifiziert und konsolidiert werden, kann eine zuvor zum Laminat korrespondierende, aus neben- und aufeinander abgelegtem Tape erhaltene Tapestruktur vorteilhaft insgesamt einer Ultraschall-Anregungseinrichtung zugeführt werden.By successively plasticizing and consolidating the binder and / or matrix materials in all the joining zones of adjoining and stacked layers and / or tapes of the tape structure that are adjacent to the ultrasonic excitation device Q, a previously corresponding to the laminate , Tapestruktur obtained from juxtaposed and stacked tape advantageously be supplied in total to an ultrasonic excitation device.
Indem eine zuvor zum Laminat korrespondierende, aus neben- und aufeinander abgelegtem Tape erhaltene Tapestruktur insgesamt einer Ultraschall-Anregungseinrichtung zugeführt und sukzessive über ihren Querschnitt Q plastifiziert und konsolidiert wird, können auch großflächige Tapestrukturen beziehungsweise Laminate aus, vorzugsweise 30 bis 150 mm breiten, Tapes vorteilhaft mit hohen Legeraten aufgebaut und mit einer für serientaugliche Anwendungen interessanten Geschwindigkeit konsolidiert werden.By supplying a previously obtained to the laminate, obtained from juxtaposed and successive tape tape structure as a whole ultrasonic excitation and successively plasticized over their cross section Q and consolidated, also large-scale tape structures or laminates of, preferably 30 to 150 mm wide tapes can be advantageous are built with high lay rates and with an interesting speed for serial applications interesting.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous embodiments and developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.
So ist in einer Abfolge bevorzugt, wenn das sukzessive Plastifizieren der Binderund/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der an neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes angrenzenden Fügezonen von zumindest unterster und oberster Tapelage des an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitts Q der Tapestruktur erfolgt.It is thus preferred in a sequence if the successive plasticizing of the binder and / or matrix materials occurs exclusively in the surfaces of the joining zones adjacent to juxtaposed and stacked layers and / or tapes of at least the lowest and uppermost stack layers of the cross section brought to the ultrasound excitation device Q of the tape structure is done.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe zumindest in den jeweils den neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes abgewandten Seite bzw. Oberfläche von zumindest unterster und oberster Tapelage des an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitts Q der Tapestruktur nicht über Schmelz- bzw. Fließtemperatur der eingesetzten Kunststoffmatrix gebracht werden, können vorteilhaft auch großflächige Tapestrukturen beziehungsweise Laminate aus, z.B. 30 bis 150 mm breiten, Tapes ohne unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen aufgebaut und über ihren Querschnitt Q konsolidiert werden. By the binder and / or matrix materials at least in the side and surface facing away from the juxtaposed and stacked layers and / or tapes of at least lowermost and topmost stacking of the cross-section Q of the tape structure brought to the ultrasonic excitation means not via enamel or flow temperature of the plastic matrix used, can advantageously also large-scale tape structures or laminates of, for example, 30 to 150 mm wide, tapes without unwanted flow processes and fiber shifts constructed and consolidated over its cross-section Q.
Die Begrenzung unerwünschter Fließvorgänge und/oder Faserverschiebungen kann erhöht werden, wenn in einer bevorzugten Abfolge das sukzessive Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe nicht nur ausschließlich in den Oberflächen der an neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes angrenzenden Fügezonen von zumindest unterster und oberster Tapelage des an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitts Q der Tapestruktur sondern auch in allen dazwischen neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur erfolgt.The limitation of undesirable flow processes and / or fiber displacements can be increased if, in a preferred sequence, the successive plasticizing of the binder and / or matrix materials is not limited exclusively to the surfaces of the joining zones adjoining one another and stacked layers and / or tapes at least lowermost and uppermost stacking of brought to the ultrasonic excitation device cross-section Q of the tape structure but also in all in between juxtaposed and stacked piles and / or tapes of the tape structure.
Alternativ oder kumulativ dazu kann je nach Grad erwünschter, nämlich im Rahmen der Konsolidierung einzelner Tapes und/oder Tapelagen, oder unerwünschter Fließvorgänge und/oder Faserverschiebungen einzelner Tapes und/oder Tapelagen innerhalb der Tapestruktur in einer bevorzugten Abfolge das sukzessive Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in zwischen oberster und unterster Tapelage angeordneten Tapelagen des an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitts Q der Tapestruktur ausschließlich in den Oberflächen der aneinandergrenzenden Fügezonen und/oder über deren Dicke hinweg erfolgen. In jedem Fall sollte jedoch die unterste und oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur niemals über deren Dicke hinweg plastifiziert werden, um die Formtreue des Laminats nicht zu gefährden.Alternatively or cumulatively, depending on the degree desired, namely in the context of the consolidation of individual tapes and / or stackings, or undesired flow processes and / or fiber displacements of individual tapes and / or stackings within the tape structure in a preferred sequence, the successive plasticizing of the binder and / or or matrix materials in stacking layers arranged between topmost and lowest stacking layers of the cross-section Q of the tape structure brought to the ultrasound excitation device, exclusively in the surfaces of the adjoining joining zones and / or across their thickness. In any case, however, the bottom and top layers of a previously deposited tape structure should never be plasticized over the thickness thereof in order not to jeopardize the dimensional stability of the laminate.
In einer bevorzugten Ausgestaltung einer Abfolge ist vorgesehen, das auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur abgelegte Tape mit der dieses Tape tragenden obersten Tapelage vorzufixieren. Zweckmäßiger Weise kann das Vorfixieren von abgelegtem Tape mit der obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur über ein punktförmiges Ultraschall-Verschweißen erfolgen, in welchem die Binderund/oder Matrix-Werkstoffe im Tape bzw. der obersten Tapelage lokal zumindest aufgeschmolzen und durch anschließende Abkühlung miteinander fixiert werden. Ein Vorfixieren hat eine hinreichende Eigenstabilität der abgelegten Tapestruktur zum Vorteil, so dass die Tapestruktur insgesamt einer auch außerhalb der Tapelegevorrichtung angeordneten Ultraschall-Anregungseinrichtung zugeführt und – wie zuvor beschrieben – sukzessive über ihren Querschnitt Q plastifiziert und konsolidiert werden kann. In a preferred embodiment of a sequence, it is provided to pre-fix the tape deposited on the uppermost stack of an already deposited tape structure with the uppermost stacking layer carrying this tape. Expediently, the prefixing of deposited tape with the uppermost stacking layer of an already deposited tape structure can be effected by point ultrasonic welding, in which the binder and / or matrix materials in the tape or the uppermost stack layer are at least locally melted and fixed together by subsequent cooling , A prefixing has a sufficient intrinsic stability of the deposited tape structure to the advantage, so that the tape structure as a whole also supplied outside the tape laying device arranged ultrasonic excitation and - as described above - can be plasticized and consolidated over its cross-section Q successively.
Bevorzugt ist zur Erhöhung der Lege- und Konsolidierungsrate eine Abfolge bevorzugt, bei welcher mehrere Tapes simultan, d.h. insbesondere zeitgleich und mehrspurig, gehandhabt werden. Durch eine solche Parallelisierung wird vorteilhaft die Anzahl gelegter Tapes pro Taktfolge entsprechend X (für die Anzahl mehrspurig gehandhabter Tapes) multipliziert.Preferably, to increase the laying and consolidation rate, a sequence is preferred in which multiple tapes are simultaneously, i. especially at the same time and multi-lane, be handled. Such a parallelization advantageously multiplies the number of laid tapes per cycle sequence corresponding to X (for the number of multi-track handled tapes).
Eine Tapelegevorrichtung zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile ist gekennzeichnet durch:
- a) eine Zuführeinrichtung für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape an eine Ablegeeinrichtung;
- b) eine Ablegeeinrichtung für das Ablegen von zugeführtem Tape bis zum Erhalt einer zum Laminat korrespondierenden Tapestruktur aus neben- und aufeinander abgelegtem Tape; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
- c) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats durch: – eine Führungseinrichtung für das Heranführen von einem Querschnitt Q der Tapestruktur aus neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung oder umgekehrt; – eine Ultraschall-Anregungseinrichtung für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitt Q aneinandergrenzenden Fügezonen aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur; und – eine Konsolidierungseinrichtung für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführten Querschnitt aneinandergrenzenden Fügezonen aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen und/oder Tapes der Tapestruktur.
- a) a feeding device for supplying provided with binder and / or matrix materials to be deposited tape to a depositing device;
- b) a depositing device for depositing supplied tape until a corresponding to the laminate tape structure of juxtaposed and stacked tape; wherein juxtaposed tape defines a stack of a tape structure; and
- c) a control device for controlling the receipt of a consolidated laminate by: - a guide device for bringing a cross-section Q of the tape structure from juxtaposed and stacked piles and / or tapes to an ultrasonic exciter or vice versa; An ultrasound excitation device for a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in all joining zones adjoining each other in the cross-section Q brought to the ultrasound excitation device of all juxtaposed and stacked layers and / or tapes of the tape structure; and - a consolidation device for a successive bringing together of the plasticized binder and / or matrix materials in all brought in the ultrasound excitation device cross-section adjacent joining zones of all juxtaposed and stacked piles and / or tapes of the tape structure.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Ablegeeinrichtung eine Vielzahl an Legebalken umfasst, welche zeitgleich mehrere Tapes einzieht, ablängt und ablegt, wodurch vorteilhaft simultane Abfolgen möglich werden, welche die Legegeschwindigkeit merklich erhöht.In a further embodiment of the tape laying device is provided that the depositing device comprises a plurality of guide beams, which simultaneously retracts several tapes, ablängt and deposits, thereby advantageously simultaneous sequences are possible, which increases the laying speed noticeably.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Ablegeeinrichtung und/oder die Legebalken und/oder ein Legetisch wenigstens um die Breite eines oder einer Gruppe X abzulegender Tapes zur Seite verschiebbar ausgebildet sind, so dass in sich anschließenden Abfolgen zeitgleich mehrere Tapes eingezogen, ablängt und ablegt werden können.In a further embodiment of the tape laying device is provided that the Laying device and / or the joists and / or a laying table are designed to be slidable at least to the width of one or a group X tapes tapes to the side, so that in subsequent sequences simultaneously retracted several tapes, ablängt and can be filed.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Konsolidierungseinrichtung eine Vielzahl großflächiger Ultraschall-Anregungseinrichtungen umfasst, welche vorzugsweise durchgängig in einer Schweißbalkeneinrichtung oder einer Walzenpaareinrichtung angeordnet sind. Das Vorsehen einer Schweißbalkeneinrichtung hat zum Vorteil, dass die abgelegte Tapestruktur auf dem Legetisch verbleiben kann; das Vorsehen einer Walzenpaareinrichtung hat zum Vorteil, dass die abgelegte Tapestruktur mit Beginn ihrer Konsolidierung auch den Legetisch für den Aufbau und Konsolidieren eines neuen Laminats bereits beginnt frei zu machen.In a further embodiment of the tape-laying device, it is provided that the consolidation device comprises a plurality of large-area ultrasonic excitation devices, which are preferably arranged continuously in a sealing bar device or a pair of rolling elements. The provision of a welding bar device has the advantage that the deposited tape structure can remain on the laying table; the provision of a roller pair device has the advantage that the deposited tape structure with the beginning of their consolidation and the laying table for the construction and consolidation of a new laminate already begins to make free.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schweißbalkeneinrichtung aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Gleitschuhe gebildet ist, welche insbesondere hinsichtlich Konsolidierungsparameter jeweils gesondert mittels einer gesonderten oder der Steuereinrichtung ansteuerbar ausgebildet sind.In a further preferred embodiment, it is provided that the sealing bar device is formed from a multiplicity of side-by-side sliding shoes, which in particular with regard to consolidation parameters are each designed separately by means of a separate control device or the control device.
Ein solcher Gleitschuh, welcher in einzelnen oder auch kumulativen Merkmalen seiner Ausgestaltung losgelöst von der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann, zeichnet sich insbesondere aus durch eine Zone mit in Bewegungs- oder Gleitrichtung G kurzer Kontaktlänge zum Einkoppeln von Ultraschall-Energie in die Tapestruktur aus Tapelagen und/oder Tape und durch eine sich wenigstens einseitig in Bewegungsoder Gleitrichtung G anschließenden langen Zone zum Kühlen der Tapestruktur aus Tapelagen und/oder Tapes.Such a shoe, which can be found in individual or cumulative features of its embodiment detached from the present invention application, is characterized in particular by a zone with short in movement or sliding direction contact length for coupling ultrasonic energy in the tape structure of tufts and / or tape and by a at least one side in movement or sliding direction G subsequent long zone for cooling the tape structure of tufts and / or tapes.
Insbesondere hat sich bewährt, die Kontaktfläche der Zone eines Gleitschuhs zur Einkopplung von Ultraschall-Energie in Gleitrichtung G einfach gekrümmt oder kreissegmentförmig auszugestalten, so dass die Kontaktfläche stark nahezu auf eine linienförmigen Kufe (ähnlich einer kreissegmentförmigen Kufe) reduziert ist.In particular, it has proven useful to design the contact surface of the zone of a sliding shoe for coupling ultrasound energy in the sliding direction G simply curved or circular segment-shaped, so that the contact surface is greatly reduced almost to a linear blade (similar to a circular segment-shaped blade).
Alternativ oder kumulativ dazu kann mittels einer gesonderten oder der Steuereinrichtung die Anpresskraft, die Gleitgeschwindigkeit und/oder die Ultraschall-Intensität konstant oder variable gesteuert werden, insbesondere in Abhängigkeit der Materialeigenschaften und/oder der Temperatur und/oder Dicke einer bereits abgelegten Tapestruktur aus Tapelagen und/oder Tapes, wobei insbesondere die Flächenpressung auf der US-Einkopplungszone und der anschließenden Kühlzone unterschiedlich groß ausgesteuert sein können.Alternatively or cumulatively, the contact force, the sliding speed and / or the ultrasound intensity can be controlled constant or variable by means of a separate control device or in particular as a function of the material properties and / or the temperature and / or thickness of an already deposited tape structure made of layers / or tapes, wherein in particular the surface pressure on the US-coupling zone and the subsequent cooling zone can be controlled differently sized.
Schließlich ist in einer Weiterbildung ein Gleitschuh bevorzugt, welcher beispielsweise an seinem hinteren Ende, mit mitfahrenden Sensoren ausgestattet ist, die beispielsweise mittels vorzugsweise schräg eingekoppelten Ultraschall (Sender und Empfänger) die Konsolidierung der Tapestruktur auf Ihre Qualität prüft und Parameter der Steuereinrichtung für eine adaptive Regelung der Konsolidierung, wie insbesondere mittels Änderung der US-Intensität und/oder der Geschwindigkeit und/oder der Anpresskraft, bereitstellt.Finally, in a development, a sliding shoe is preferred, which is equipped, for example, at its rear end with moving sensors, for example by means of preferably obliquely coupled ultrasound (transmitter and receiver) the consolidation of the tape structure checks for their quality and parameters of the controller for an adaptive control Consolidation, in particular by means of changing the US intensity and / or the speed and / or the contact force provides.
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhaft den Aufbau und das Konsolidieren eines Laminats mit hohen Legeraten und mit einer für serientaugliche Anwendungen interessanter Geschwindigkeit. Advantageously, the present invention permits the construction and consolidation of a laminate with high lay rates and speed of interest for production applications.
Soweit sie vorteilhaft den Aufbau wie auch das sukzessive Konsolidieren gelegter Tapestrukturen auf ein und demselben Legetisch belässt, ist ein Lösen einzelner Tapes oder Tapelagen in Folge von im Stand der Technik anzutreffender Trennung von Aufbau einerseits und Konsolidieren gelegter Tapestrukturen andererseits prozesssicher vermieden. Insofar as it advantageously leaves the structure as well as the successive consolidation of laid tape structures on one and the same laying table, a release of individual tapes or stackings as a result of encountered in the prior art separation of construction on the one hand and consolidating tape structures laid on the other hand is reliably avoided.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum industriellen Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile, die über einen Thermoformprozess oder in Verbindung mit einem fließfähigen Faserverbundmaterials im Fließpress- oder Spritzgussprozess zum Endbauteil umgeformt werden. The present invention is particularly suitable for industrial construction and consolidation of a laminate for, for example, automotive components, which are converted to the final component by a thermoforming process or in conjunction with a flowable fiber composite material in the extrusion or injection molding process.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele von Aufbau und Konsolidierung eines Laminats näher erläutert.These and other features and advantages of the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments of construction and consolidation of a laminate illustrated in the drawings.
Es zeigen schematisch:They show schematically:
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.In the following description of preferred embodiments, like reference numerals designate like components.
- a)
eine Zuführeinrichtung 10 für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffenversehenem abzulegenden Tape 93 aneine Ablegeeinrichtung 20 ; - b)
eine Ablegeeinrichtung 20 für das Ablegenvon zugeführtem Tape 93 bis zum Erhalt einer zum Laminat90 korrespondierenden Tapestruktur91 aus nebenund aufeinander abgelegtemTape 93 ; wobei nebeneinander abgelegtesTape 93 eine Tapelage 92 einer Tapestruktur 91 definiert; und - c)
eine Steuereinrichtung 30 zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats90 durch: –eine Führungseinrichtung 40 für das Heranführen von einem Querschnitt (Q)der Tapestruktur 91 aus neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen92 und/oder Tapes 93 an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 oder umgekehrt; – eine Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 herangeführten Querschnitt Q aneinandergrenzenden Fügezonen95 aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen92 und/oder Tapes 93 der Tapestruktur 91 ; und –eine Konsolidierungseinrichtung 60 für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 herangeführten Querschnitt Q aneinandergrenzenden Fügezonen95 aller neben- und aufeinander abgelegten Tapelagen92 und/oder Tapes 93 der Tapestruktur 91 .
- a) a
feeder 10 for feeding with tape and / or matrix materials provided to be depositedtape 93 to adepositing device 20 ; - b) a
depositing device 20 for depositing suppliedtape 93 until you get a laminate90 corresponding tapestry structure 91 from side by side and successively laid downtape 93 ; where juxtaposed tape93 a stack92 atapestry structure 91 Are defined; and - c) a
control device 30 for controlling the receipt of aconsolidated laminate 90 by: - aguide device 40 for introducing a cross-section (Q) of thetape structure 91 from juxtaposed and stacked pile layers92 and / ortapes 93 to anultrasonic excitation device 50 or the other way around; - Anultrasonic excitation device 50 for a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in all of the ultrasonic excitation means50 brought cross-section Q adjacent joining zones95 all juxtaposed and stacked pile layers92 and / ortapes 93 thetapestry structure 91 ; and - aconsolidation facility 60 for a successive bringing together of the plasticized binder and / or matrix materials in all to theultrasonic excitation device 50 brought cross-section Q adjacent joining zones95 all juxtaposed and stacked pile layers92 and / ortapes 93 thetapestry structure 91 ,
Wie in
Die in
Wie in
Um dabei den konstruktiven Aufwand der Vorrichtung
Im Unterscheid zu der in den
Die
Unabhängig davon, ob ein erster Abschnitt einer Tapestruktur
Die nötige Wärme wird durch eine hochfrequente mechanische Schwingung erreicht, welche zwischen den Bauteilen durch Molekular- und Grenzflächenreibung entsteht. The necessary heat is achieved by a high-frequency mechanical vibration, which arises between the components by molecular and boundary surface friction.
Das zur Gruppe der Reibschweißungen zählende Ultraschallschweißen ist durch sehr geringe Schweißzeiten und hohe Wirtschaftlichkeit gekennzeichnet. Für gewöhnlich wird dabei mit Hilfe eines Generators hochfrequenter Wechselstrom erzeugt und über ein geschirmtes Kabel zu einem Ultraschallwandler, dem sogenannten Konverter übertragen, der daraus mit Hilfe des piezoelektrischen oder des magnetostriktiven Effekts mechanische Ultraschallfrequenz erzeugt. Diese Schwingungen werden über ein Amplitudentransformationsstück auf die Sonotrode übertragen. Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Bauformen von Sonotroden, die meist aus Stahl, Aluminium oder Titan hergestellt werden. Die Amplitude der Schwingung und die Impedanzanpassung werden durch die Form und Masse des Amplitudentransformationsstückes beeinflusst.The group of friction welding ultrasonic welding is characterized by very low welding times and high efficiency. Usually high-frequency alternating current is generated by means of a generator and transmitted via a shielded cable to an ultrasonic transducer, the so-called converter, which generates mechanical ultrasonic frequency therefrom with the aid of the piezoelectric or magnetostrictive effect. These vibrations are transmitted to the sonotrode via an amplitude transformation piece. Different applications require different designs of sonotrodes, which are usually made of steel, aluminum or titanium. The amplitude of the oscillation and the impedance matching are influenced by the shape and mass of the amplitude transformation piece.
Bei diesem als Konsolidierung bezeichneten Vorgang werden die Fügeparameter (also die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe) erfindungsgemäß bevorzugt ausschließlich in allen Kontaktoberflächen
Indem erfindungsgemäß die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen im an die Ultraschall-Anregungseinrichtung
Indem eine zuvor zum Laminat
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhaft den Aufbau und das Konsolidieren eines Laminats
Soweit sie vorteilhaft den Aufbau wie auch das sukzessive Konsolidieren gelegter Tapestrukturen
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum industriellen Aufbau und Konsolidieren eines Laminats
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tapelegevorrichtung Tape laying device
- 1010
- Zuführeinrichtung feeding
- 1111
- Spule, Rolle Coil, roll
- 2020
- Ablegeeinrichtung laying device
- 30 30
- Steuereinrichtung control device
- 4040
- Führungseinrichtung guide means
- 5050
- Anregungseinrichtung exciter
- 5353
- Schweißbalkeneinrichtung Welding beam means
- 5454
- Walzenpaareinrichtung Rolling pair of device
- 6060
- Konsolidierungseinrichtung consolidation means
- 6161
- Legetisch Legetisch
- 7070
- Vorfixier-Einrichtung Vorfixier facility
- 7171
- Ultraschall-Schweißkopf Ultrasonic welding head
- 7272
- Schweißpunkt WeldingSpot
- 8080
- Gleitschuh shoe
- 8181
-
Einkopplungszone des Gleitschuhs
80 Coupling zone of the slidingshoe 80 - 8282
-
Kühlzone des Gleitschuhs
80 Cooling zone of theshoe 80 - 8383
-
Kontaktfläche der Einkoppelzone
81 Contact surface of thecoupling zone 81 - 9090
- Laminat laminate
- 9191
- Tapestruktur Tape structure
- 9292
- Tapelage Tape position
- 9393
- Tape Tape
- 9595
- Fügezonen joining zones
- 9696
- Oberfläche der Fügezonen Surface of the joining zones
- 9797
- Flächenabschnitten surface sections
- Querschnitt cross-section
- BB
-
Breite eines Tapes
93 Width of atap 93 - XX
-
Anzahl mehrspurig gehandhabter Tapes
93a ,93b ,93c ,93d , ...Number of multi-track tapes93a .93b .93c .93d , ... - GG
- Gleitrichtung sliding
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/130087 A1 [0017] WO 2009/130087 A1 [0017]
- EP 1315613 B1 [0020] EP 1315613 B1 [0020]
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DE102021111900A1 (en) | 2021-05-06 | 2022-11-10 | Technische Universität Chemnitz, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Laying device and method for laying material in strip form |
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