DE202014100515U1 - Tape laying device for building a laminate - Google Patents
Tape laying device for building a laminate Download PDFInfo
- Publication number
- DE202014100515U1 DE202014100515U1 DE201420100515 DE202014100515U DE202014100515U1 DE 202014100515 U1 DE202014100515 U1 DE 202014100515U1 DE 201420100515 DE201420100515 DE 201420100515 DE 202014100515 U DE202014100515 U DE 202014100515U DE 202014100515 U1 DE202014100515 U1 DE 202014100515U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- tape
- deposited
- tapes
- binder
- laying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
- B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
- B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
Abstract
Tapelegevorrichtung (1) zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (90) für beispielsweise Automobilbauteile, 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); 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 auf die oberste Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) abgelegtem Tape (93) an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) oder umgekehrt; – eine Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) herangeführtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden obersten Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91); und – eine Konsolidierungseinrichtung (60) für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung (50) herangeführtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden obersten Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91); wobei die Steuereinrichtung (30) weiterhin dergestalt eingerichtet ist, dass in zumindest einer Abfolge während der Ablage von abzulegendem Tape (93) mittels der Ablegeeinrichtung (20) auf die oberste Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) zuvor dazu benachbart abgelegtes Tape (93) simultan konsolidiert wird.A tape laying device (1) for constructing and consolidating a laminate (90) for, for example, automotive components, characterized by: a) a feed device (10) for feeding tape (93) to be deposited with binder and / or matrix materials to a depositing device ( 20); b) a depositing device (20) for depositing supplied tape (93); wherein juxtaposed tape (93) defines a stacking (92) of a tape structure (91); and c) control means (30) for controlling the receipt of a consolidated laminate (90) by: - guide means (40) for feeding tape (93) laid down on the uppermost stack (92) of a previously deposited tape structure (91) an ultrasonic excitation device (50) or vice versa; - An ultrasonic excitation means (50) for a successive plasticizing the binder and / or matrix materials in the adjacent joining zones (95) of the ultrasound excitation means (50) brought up tape (93) and this tape (93) bearing topmost stacking (92) of a previously deposited tape structure (91); and consolidation means (60) for successively contacting the plasticized binder and / or matrix materials in the contiguous joining zones (95) of tape (93) supplied to the ultrasonic exciting means (50) and the tape (93) carrying said tape (93) topmost stacking (92) of a previously deposited tape structure (91); wherein the control device (30) is further arranged such that in at least one sequence during the deposition of tape (93) to be deposited by means of the depositing device (20) onto the uppermost stacking layer (92) of an already deposited tape structure (91) previously deposited next to it (93) is consolidated simultaneously.
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 Laminats durch: 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) a 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 Binder- und/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 tackiness 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 11 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 dieser 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; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
- c) ein Steuern des Erhalts eines konsolidierten Laminats durch: aa) ein Heranführen von auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur abgelegtem Tape an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung oder umgekehrt; bb) ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape und der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur; und cc) ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape und der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur; wobei in zumindest einer Abfolge während der Ablage von abzulegendem Tape mittels der Ablegeeinrichtung auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur zuvor dazu benachbart abgelegtes Tape simultan konsolidiert wird.
- a) feeding to be deposited with provided binder and / or matrix materials tape to a depositing device;
- b) depositing supplied tape by means of the depositing device; wherein juxtaposed tape defines a stack of a tape structure; and
- c) controlling the receipt of a consolidated laminate by: aa) bringing tape laid down on the uppermost stack of a previously deposited tape structure to an ultrasound exciter or vice versa; bb) a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones of tape brought to the ultrasonic exciting device and the topmost stacking layer of an already laid down tape structure carrying this tape; and cc) successively bringing together the plasticized binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones of tape supplied to the ultrasonic exciting device and the uppermost stacking layer of an already laid down tape structure carrying this tape; wherein in at least one sequence during the storage of tape to be deposited by means of the depositing device on the topmost stack of a previously deposited tape structure previously adjacent stored tape is simultaneously consolidated.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungs-einrichtung herangeführtem Tape und der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur plastifiziert und konsolidiert werden, kann – in zumindest einer Abfolge – während der Ablage von abzulegendem Tape mittels der Ablegeeinrichtung auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur zuvor dazu benachbart abgelegtes Tape simultan konsolidiert werden.By plasticizing and consolidating the binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones of tape supplied to the ultrasonic excitation device and the uppermost stacking layer of an already deposited tape structure carrying this tape, it is possible - in at least one sequence - during storage of tape to be deposited by means of the depositing device on the topmost stack of a previously deposited tape structure previously adjacent stored tape are simultaneously consolidated.
Indem während der Ablage von abzulegendem Tape mittels der Ablegeeinrichtung auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur zuvor dazu benachbart abgelegtes Tape simultan 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 simultaneously consolidating previously deposited tape during the deposition of the tape to be deposited by means of the laying device on the uppermost stack of an already deposited tape structure, large-area tape structures or laminates of preferably 30 to 150 mm wide tapes can advantageously be constructed with high lay rates and with a speed that is interesting for series-compatible applications.
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 Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in der Oberfläche der aneinandergrenzenden Fügezone von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape erfolgt.So is in a sequence preferred if the successive plasticizing the binder and / or matrix materials exclusively in the surface of the adjoining joining zone of the Ultrasound excitation device brought up tape takes place.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe zumindest in der jeweils der Ultraschall-Anregungseinrichtung zugewandten Seite bzw. Oberfläche von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape 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 konsolidiert werden.Since the binder and / or matrix materials are not brought above the melting or flow temperature of the plastic matrix used, at least in the side or surface of the ultrasound excitation device facing the ultrasound excitation device, large-area tape structures can advantageously also be used Laminates off, eg 30 to 150 mm wide, tapes without unwanted flow and fiber shifts are built and consolidated.
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 aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape sondern auch in der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten 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 not only occurs exclusively in the surfaces of the adjoining joining zones of tape brought to the ultrasonic excitation device but also in the This tape carrying top stacking an already deposited tape structure is done.
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 zumindest in der das Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur über dessen Dicke hinweg erfolgen.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 at least in the tape carrying topmost stacking an already deposited tape structure across its thickness take place.
In Weiterbildung dessen kann in einer bevorzugten Abfolge das sukzessive Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe auch in Tapelagen unterhalb der das Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur ausschließlich in den Oberflächen der aneinandergrenzenden Fügezonen und/oder über deren Dicke hinweg erfolgen. In jedem Fall sollte jedoch die unterste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur niemals über deren Dicke hinweg plastifiziert werden, um die Formtreue des Laminats nicht zu gefährden.In a further development, in a preferred sequence, the successive plasticizing of the binder and / or matrix materials can take place even in tufts below the topmost stacking layer of an already deposited tape structure exclusively in the surfaces of the adjoining joining zones and / or over their thickness. In any case, however, the lowest stacking layer of a previously deposited tape structure should never be plasticized across its thickness 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 Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe im Tape bzw. der obersten Tapelage lokal zumindest aufgeschmolzen und durch anschließende Abkühlung miteinander fixiert werden. Ein Vorfixieren hat zum Vorteil, das den Abfolgen aa) bis cc) in einer bevorzugten Ausgestaltung mehrmals die Abfolge b), also ein mehrlagiges Ablegen von zugeführtem Tape mittels der Ablegeeinrichtung vorausgehen kann, wenn – vorzugsweise ein jedes – auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur abgelegtes Tape mit der dieses Tape tragenden obersten Tapelage vorfixiert wird. Das sukzessive Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe mehrlagig abgelegter vorfixierter Tapes kann dann wie zuvor beschrieben erfolgen: also ausschließlich in den Oberflächen der aneinandergrenzenden Fügezonen und/oder über deren Dicke hinweg. 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. Appropriately, the pre-fixing of stored tape with the topmost stack of an already deposited tape structure via a point-shaped ultrasonic welding done in which the binder and / or matrix materials in the tape or the topmost stack locally at least melted and by subsequent cooling each other be fixed. A prefixing has the advantage that the sequences aa) to cc) in a preferred embodiment several times the sequence b), ie a multilayer deposition of tape supplied by the depositor can precede, if - preferably each - on the topmost stack of a previously deposited Tapestruktur stored tape is pre-fixed with the tape carrying this tape top stacking. The successive plasticizing of the binder and / or matrix materials of multi-layer deposited pre-fixed tapes can then be carried out as described above: ie exclusively in the surfaces of the adjoining joining zones and / or over their thickness.
Zur Erhöhung der Lege- und Konsolidierungsrate ist 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 Abfolge entsprechend X (für die Anzahl mehrspurig gehandhabter Tapes) multipliziert.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 sequence corresponding to X (for the number of multi-track handled tapes).
Insbesondere ist in einer Ausgestaltung bevorzugt, wenn in einer Abfolge zwei oder mehrere simultan abzulegende Tapes um die Breite B eines abzulegenden Tapes zueinander beabstandet abgelegt werden. In particular, in one embodiment, it is preferable if, in a sequence, two or more tapes to be deposited simultaneously are stored at a distance from one another by the width B of a tap to be deposited.
Dies hat zum Vorteil, das Ablegeeinrichtungen und Ultraschall-Anregungseinrichtungen in mehrfach wechselnder Folge benachbart zueinander angeordnet und simultan arbeiten können:
So lassen sich in einer weiteren bevorzugten Abfolge im Anschluss der Ablage erster simultan auf Abstand abgelegter Tapes die Lücken zwischen auf Abstand abgelegter Tapes durch Ablage weiterer, vorzugsweise ebenfalls simultan, abzulegender Tapes zu einer geschlossenen Tapelage aufgefüllt werden.This has the advantage that depositing devices and ultrasound excitation devices can be arranged adjacent to one another in a mutually alternating sequence and operate simultaneously:
Thus, in a further preferred sequence following the deposition of first simultaneously spaced tapes, the gaps between tapes deposited at a distance can be filled by depositing further tapes, preferably also simultaneously, to be deposited to form a closed stacking layer.
Insbesondere aber können in einer bevorzugten Abfolge während der Ablage weiterer abzulegender Tapes in die von simultan abgelegten Tapes belassenen Lücken diese dazu benachbarte Tapes simultan konsolidiert werden.In particular, however, in a preferred sequence during the deposition of further tapes to be deposited in the gaps left by simultaneously deposited tapes, these adjacent tapes can be simultaneously consolidated.
Eine erfindungsgemäße Tapelegevorrichtung zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile weist die beschriebenen Vorteile auf und 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; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
- c) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats durch: aa) eine Führungseinrichtung für das Heranführen von auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur abgelegtem Tape an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung oder umgekehrt; bb) eine Ultraschall-Anregungseinrichtung für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape und der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur; und cc) eine Konsolidierungseinrichtung für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung herangeführtem Tape und der dieses Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur; wobei die Steuereinrichtung weiterhin dergestalt eingerichtet ist, dass – in zumindest einer Abfolge – während der Ablage von abzulegendem Tape mittels der Ablegeeinrichtung auf die oberste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur zuvor dazu benachbart abgelegtes Tape simultan konsolidiert wird.
- 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 control device for controlling the receipt of a consolidated laminate by: aa) a guide device for bringing tape laid down onto the uppermost stack of a previously deposited tape structure to an ultrasound exciter or vice versa; bb) an ultrasound excitation device for a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones of tape brought to the ultrasound excitation device and the uppermost stacking layer of an already deposited tape structure carrying this tape; and cc) consolidation means for successively contacting the plasticized binder and / or matrix materials in the contiguous joining zones of tape fed to the ultrasonic exciting means and the topmost stacking layer of an already deposited tape structure carrying said tape; wherein the control device is further configured such that - in at least one sequence - during the storage of tape to be deposited by means of the depositing device on the topmost stack of a previously deposited tape structure previously adjacent stored tape is simultaneously consolidated.
In einer 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 one 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.
Insbesondere ist bevorzugt, wenn zwei oder mehrere benachbarte Legebalken jeweils um die Breite B eines abzulegenden Tapes zueinander beabstandet angeordnet sind. Dies hat zum Vorteil, dass die zwei oder mehreren Legebalken der Ablegeeinrichtung in mehrfach wechselnder Folge benachbart zu Ultraschall-Anregungseinrichtungen der Konsolidierungseinrichtungen angeordnet und simultan arbeiten können.In particular, it is preferred if two or more adjacent guide beams are arranged spaced apart from each other by the width B of a tap to be deposited. This has the advantage that the two or more guide beams of the depositing device can be arranged in multiple alternating sequence adjacent to ultrasonic excitation devices of the consolidation devices and work simultaneously.
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, it is provided that the laying device and / or the laying beams and / or a laying table are designed to be displaceable sideways at least by the width of one or a group X, so that several tapes are drawn in at the same time in subsequent sequences. can be cut off and stored.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Konsolidierungseinrichtung durch großflächige Ultraschall-Anregungseinrichtungen gebildet ist, welche vorzugsweise in zu einem jeden Legebalken benachbart angeordnetem Gleitschuh angeordnet sind und welche insbesondere hinsichtlich Konsolidierungsparameter jeweils gesondert mittels einer gesonderten oder der Steuereinrichtung ansteuerbar ausgebildet sind.In a further embodiment of the tape-laying device, it is provided that the consolidation device is formed by large-area ultrasound excitation devices, which are preferably arranged in a sliding shoe adjacently arranged to each horizontal bar and which, in particular with regard to consolidation parameters, are designed to be separately controllable by means of a separate or 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 Bewegungs- oder 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 the direction of movement or sliding 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 been proven 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, so that the contact surface is almost reduced 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.
Indem 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. Advantageously, by leaving the structure as well as the successive consolidation of laid tape structures on one and the same laying table, loosening of individual tapes or piles is a consequence of separation in the art On the one hand, on the one hand, and the consolidation of laid tape structures, on the other hand, process reliability is avoided.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum industriellen Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (
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 ; wobei nebeneinander abgelegtesTape 93 eine Tapelage 92 einer Tapestruktur 91 definiert; und - c)
eine Steuereinrichtung 30 zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats90 durch: aa)eine Führungseinrichtung 40 für das Heranführen von auf die oberste Tapelage92 einer bereits abgelegten Tapestruktur91 abgelegtem Tape 93 an eine Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 oder umgekehrt; bb) eine Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 für ein sukzessives Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen95 von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 herangeführtem Tape 93 und der diesesTape 93 tragenden obersten Tapelage92 einer bereits abgelegten Tapestruktur91 ; und cc)eine Konsolidierungseinrichtung 60 für ein sukzessives Zusammenbringen der plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen95 von an die Ultraschall-Anregungseinrichtung 50 herangeführtem Tape 93 und der diesesTape 93 tragenden obersten Tapelage92 einer bereits abgelegten Tapestruktur91 ; wobei dieSteuereinrichtung 30 weiterhin dergestalt eingerichtet ist, dass – in zumindest einer Abfolge – während der Ablagevon abzulegendem Tape 93 mittels der Ablegeeinrichtung20 auf die oberste Tapelage92 einer bereits abgelegten Tapestruktur91 zuvor dazu benachbart abgelegtesTape 93 simultan konsolidiert wird.
- 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 ; where juxtaposedtape 93 a stack92 atapestry structure 91 Are defined; and - c) a
control device 30 for controlling the receipt of aconsolidated laminate 90 by: aa) amanagement facility 40 for bringing on thetopmost stack 92 an already depositedtape structure 91 discardedtape 93 to anultrasonic excitation device 50 or the other way around; bb) anultrasonic excitation device 50 for a successive plasticizing of the binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones95 from to theultrasonic exciter 50 brought uptape 93 and thistape 93 carrying top stacking92 an already depositedtape structure 91 ; and cc) aconsolidator 60 for a successive bringing together of the plasticized binder and / or matrix materials in the adjoining joining zones95 from to theultrasonic exciter 50 brought uptape 93 and thistape 93 carrying top stacking92 an already depositedtape structure 91 ; thecontrol device 30 is further configured such that - in at least one order - while filingabzulegendem tape 93 by means of thedepositing device 20 on thetopmost stack 92 an already depositedtape structure 91 Previously storednext tape 93 is consolidated simultaneously.
Wie in
Die in
Diese Abfolge ist für ein jedes abzulegendes Tape
Wie in
Um dabei den konstruktiven Aufwand der Vorrichtung
Die
Damit das zeitgleiche Einziehen, Längen und/oder Legen mehrerer Tapes
Wie in
Wie in
In der sich daran anschließenden Abfolge (
Mittels der eine Ultraschall-Anregungseinrichtung
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 der in
Zwischen den bevorzugten X Legebalken
Die von den Ultraschall-Anregungseinrichtungen
Bei diesem als Konsolidierung bezeichneten Vorgang werden die Fügeparameter (also die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe) erfindungsgemäß bevorzugt ausschließlich in allen Kontaktoberflächen
Sind – wie z.B. in
Durch den vorgeschlagenen Aufbau einer erfindungsgemäß bevorzugten Tapelegevorrichtung
Soweit das aufzubauende Laminat
Indem erfindungsgemäß die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in den aneinandergrenzenden Fügezonen
Indem – in zumindest einer Abfolge – während der Ablage von abzulegendem Tape
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhaft den Aufbau und das Konsolidieren eines Laminats
Indem 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
- 2121
- einzeln arbeitender Legebalken individually working beam
- 3030
- Steuereinrichtung control device
- 4040
- Führungseinrichtung guide means
- 5050
- Anregungseinrichtung exciter
- 6060
- Konsolidierungseinrichtung consolidation means
- 6161
- Legetisch Legetisch
- 70 70
- 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
- 9494
-
Lücke zwischen zwei abgelegten Tapes
93 Gap between two discardedtapes 93 - 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 ,93e , ...Number ofmulti-track tapes 93a .93b .93c .93d .93e , ... - GG
- Gleitrichtung sliding
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2009/130087 A1 [0017] WO 2009/130087 A1 [0017]
- EP 1315613 B1 [0020] EP 1315613 B1 [0020]
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201420100515 DE202014100515U1 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Tape laying device for building a laminate |
CN201520079081.9U CN204914616U (en) | 2014-02-05 | 2015-02-04 | A take laying device for constructing and bonding layer casting die |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201420100515 DE202014100515U1 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Tape laying device for building a laminate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202014100515U1 true DE202014100515U1 (en) | 2015-03-10 |
Family
ID=52738401
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201420100515 Expired - Lifetime DE202014100515U1 (en) | 2014-02-05 | 2014-02-05 | Tape laying device for building a laminate |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN204914616U (en) |
DE (1) | DE202014100515U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112192864A (en) * | 2020-08-25 | 2021-01-08 | 航天材料及工艺研究所 | Automatic prepreg laying process parameter determining device |
EP4349573A1 (en) * | 2022-09-26 | 2024-04-10 | Subaru Corporation | Method of producing preform and method of molding composite material |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009130087A1 (en) | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Airbus Operations Gmbh | Tape installation device and method for the construction of a laminate |
EP1315613B1 (en) | 2000-07-28 | 2011-04-06 | Hypercar, Inc. | Process and equipment for manufacture of advanced composite structures |
-
2014
- 2014-02-05 DE DE201420100515 patent/DE202014100515U1/en not_active Expired - Lifetime
-
2015
- 2015-02-04 CN CN201520079081.9U patent/CN204914616U/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1315613B1 (en) | 2000-07-28 | 2011-04-06 | Hypercar, Inc. | Process and equipment for manufacture of advanced composite structures |
WO2009130087A1 (en) | 2008-04-24 | 2009-10-29 | Airbus Operations Gmbh | Tape installation device and method for the construction of a laminate |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112192864A (en) * | 2020-08-25 | 2021-01-08 | 航天材料及工艺研究所 | Automatic prepreg laying process parameter determining device |
EP4349573A1 (en) * | 2022-09-26 | 2024-04-10 | Subaru Corporation | Method of producing preform and method of molding composite material |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN204914616U (en) | 2015-12-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2015118063A1 (en) | Tape-laying device and method for constructing a laminate | |
WO2015118068A1 (en) | Tape-laying device and method for constructing a laminate | |
AT514721B1 (en) | Shaping plant for producing a fiber-plastic composite | |
DE102013021642B4 (en) | Method for the automated production of a structure made of fiber-reinforced plastic and apparatus for carrying out such a method | |
EP3033218B1 (en) | Method for producing a component from organo sheets | |
EP2874800B1 (en) | Device and method for producing fibre-reinforced plastics components | |
DE102012203388A1 (en) | Cross filing of fibers | |
EP2803475A1 (en) | Method and device for producing a fibre preform for a fibre composite component | |
WO2018073359A1 (en) | Tape-laying device and tape-laying method for flexibly and quickly laying tapes with different widths | |
WO2013139834A1 (en) | Method for thermoplastic tape laying, use of a tape and a tape | |
DE202014100513U1 (en) | Tape laying device for building a laminate | |
EP2631050B1 (en) | Method and device for creating a composite material | |
DE202014100515U1 (en) | Tape laying device for building a laminate | |
WO2018078141A1 (en) | Method and tape-laying apparatus for structuring a laminate during the production of preforms | |
DE202014100514U1 (en) | Tape laying device for building a laminate | |
DE202016106067U1 (en) | Tape laying apparatus for building a laminate in the course of the production of preforms | |
EP3509976A1 (en) | Gripping device and gripping method for gripping a spool | |
WO2015118065A1 (en) | Tape-laying device and method for constructing a laminate | |
DE102012203395A1 (en) | Cross filing of fibers | |
EP3257663B1 (en) | Method for producing semifinished products for fibre-plastic composite components | |
DE202016105889U1 (en) | Device for holding tapes and taping device | |
DE102014100882A1 (en) | Production technology for components made of fiber-reinforced plastics | |
DE202017105285U1 (en) | Tape laying device with selective cutting device | |
DE102015109288A1 (en) | Welding process and apparatus for this purpose | |
DE202016105858U1 (en) | Laying table for holding a material |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20150416 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R157 | Lapse of ip right after 6 years |