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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Legetisch zur Aufnahme eines Materials, insbesondere von Tapes, mit einer Tischoberfläche und in der Tischoberfläche angeordneten Öffnungen nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, insbesondere zur Verwendung in einer Tapelegevorrichtung zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffen.
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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 (Carbonfaserverstärkter 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.
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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, Presseinheiten und ggf. Injektionseinheiten sowie Nachbearbeitungseinheiten – letztere die entsprechende Automatisation für das Preform-Handling, die eventuelle Werkzeugreinigung, die Bauteilentnahme und dergleichen mehr.
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Die automatisierbare Herstellung der Preform stellt eine Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität dar. Aber auch bei sogenannten Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser-Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktionseinheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll.
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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 Fasergewebe, Fasergestricke, Fasergelege oder Fasermatten verwendet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).
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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.
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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.
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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 Tapes aus thermoplastischen Endlosfasern erweist sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Hierbei stellt insbesondere das Legen der für gewöhnlich als Tape vorliegende Faserverbundwerkstoffe zum Aufbau eines Laminats eine besondere Herausforderung dar.
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Mit einem „Tape“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Material, insbesondere ein Prepregmaterial, das beispielsweise eine Breite zwischen 30 und 200 mm aufweist, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepegmaterial“ sind vorliegend insbesondere Fasergarne (Rovings), Fasergelege und/oder Fasergewebe gemeint, welche mit einem Binder benetzt und/oder mit einer Matrix, beispielsweise einer Duroplastmatrix oder Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind.
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Bei den „Fasern“ handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, der Begriff „Fasern“ umfasst aber in gleicher Weise auch Glasfasern oder andere, insbesondere natürliche oder künstlich hergestellte, Fasern.
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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.
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Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens bzw. von Tapes wird das Tape über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden.
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Zur Verarbeitung von Tapes und zur Durchführung eines Tape-Legeverfahrens werden vielfach automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind, ein Tape strukturiert abzulegen. Bekannt sind insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen, unter welchen vorliegend beispielsweise auch eine sog. Fiber-Placement-Vorrichtung zu verstehen ist.
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Eine beispielhafte Tapelegevorrichtung ist aus dem Dokument
WO 2014/083196 A1 bekannt, das eine Tapelegevorrichtung beschreibt, die mit zwei Legekopfeinheiten konfiguriert ist. Die Legekopfeinheiten sind so angeordnet, dass sie für einen einzelnen Legetisch zugänglich sind. Die Legekopfeinheiten sind voneinander unabhängig und jeweils mit einer eigenen Material-Zuführeinheit, Schneideinrichtung, Greifmittel mit zugehörigem Linearantrieb, Führungsbahnen und Bandhefteinheit konfiguriert. In dieser Konfiguration kann ein Ausgangsmaterial, beispielsweise Tape-Bandmaterial auf Länge gezogen, in Führungsbahnen positioniert und mit der ersten Legekopfeinheit auf einem Legetisch abgelegt werden, während gleichzeitig das nächste Tape auf Länge gezogen und auf der zweiten Legekopfeinheit in den Führungsbahnen positioniert wird. Nachdem das erste Tape von der ersten Legekopfeinheit abgelegt wurde, befördert der Legetisch das zu produzierende Teil zur zweiten Legekopfeinheit, währenddessen das nächste Tape vorbereitet und in Position gebracht ist, um auf dem Legetisch abgelegt und positioniert zu werden. Damit das auf der Tischoberfläche abgelegte Material bzw. die abgelegten Tapes nicht durch die Bewegung des Legetisches in Ihrer Position verrutschen, ist der Legetisch mit einer Unterdruckeinrichtung verbunden, welche über kreisförmige Öffnungen in der Tischoberfläche für eine entsprechende Ansaugkraft auf das abgelegte Material bzw. die abgelegten Tapes sorgt.
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Bei den bekannten Tapelegevorrichtungen besteht beim Legetisch der Nachteil, dass der Tisch mit nur geringen Beschleunigungen bewegt werden kann, da das abgelegte Material sonst aus seiner Position abweichen und verrutschen kann. Dies liegt insbesondere an der Form der Öffnungen in der Tischoberfläche, welche eine kreisförmige Ausgestaltung besitzen. Durch die kreisförmige Ausgestaltung der Öffnungen haben diese nur einen sehr begrenzten „Einzugsbereich“ und umliegendes Material erfährt keine anziehende Kraft auf die Tischoberfläche, welche gerade im Randbereich von dem abgelegten Material notwendig ist.
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Ein weiterer Nachteil an den bereits bekannten Legetischen einer Tapelegevorrichtung ist auch die oft zu weitmaschige Anordnung der Öffnungen auf der Tischoberfläche, so dass gerade im Randbereich des Material oft nur eine unzulängliche Kraft wirkt, welche das abgelegte Material in seiner Position halten kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Legetisch, insbesondere zur Verwendung in einer Tapelagevorrichtung anzugeben, mittels welchem die Anhaftung von abgelegtem Material, insbesondere Tapes, verbessert wird.
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Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Legetisch, insbesondere zur Verwendung in einer Tapelagevorrichtung anzugeben, welcher mit geringen Anlagenkosten und Betriebskosten eingesetzt und betrieben werden kann.
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Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Legetisch, insbesondere zur Verwendung in einer Tapelagevorrichtung anzugeben, welcher flexibel für Materialien unterschiedlicher Breiten, insbesondere Tapes, eingesetzt werden kann.
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Als eine erste Lösung wird ein Legetisch angegeben, umfassend eine Tischoberfläche, auf welcher Material, insbesondere Tapes, abgelegt werden kann, wobei die Tischoberfläche Öffnungen aufweist, die in einem regelmäßigen oder unregelmäßigen Muster angeordnet sind, wobei die Öffnungen über ein Verteilsystem mit einer Unterdruckeinrichtung wirkverbunden sind, so dass durch den erzeugten Unterdruck auf der Tischoberfläche abgelegtes Material, insbesondere Tapes, an der Tischoberfläche haften bleibt und wobei die Öffnungen in Form eines Spaltes ausgebildet sind, dessen Spaltbreite kleiner 2 mm, vorzugsweise kleiner 1 mm, besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm beträgt.
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In einer alternativen Ausführungsform weisen die Öffnungen in Form eines Spaltes eine maximale Spaltlänge von 30 mm, vorzugsweise von 15 mm, besonders bevorzugt von 7,5 mm aufweist.
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Die Verwendung von Öffnungen in Form eines Spaltes in einem Legetisch haben dabei den Vorteil, dass durch diese Form der Öffnungen die Anhaftung von auf der Tischoberfläche abgelegtem Material verbessert wird, wobei der Strömungswiderstand im Wesentlichen unverändert bleibt. Somit ergibt sich bei nahezu identischem Energieeinsatz eine wesentlich bessere Anhaftung, durch welche ein Verrutschen auch bei größeren Beschleunigungen bis zu 6g ausgeschlossen werden kann. Dies erlaubt eine schnellere Bewegung des Legetisches in die für die Ablage notwendige Position und ermöglicht bei der Verwendung von Tapes als Material Taktzeiten unterhalb von einer Sekunde zur Ablage von Tapes auf dem Legetisch.
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Bevorzugt ist zumindest ein Spalt einfach, doppelt oder mehrfach gekrümmt. Durch die Krümmung der Spalte erweitert sich deren Wirkung auf einen größeren Bereich um den Spalt herum. Bei einem nicht gekrümmten Spalt als Öffnung erstreckt sich dessen Wirkbereich entlang einer Linie. Durch die einfach oder auch mehrfach Krümmung der Spalte kann die entsprechende Öffnung auch von Materialien, insbesondere Tapes, aus dessen Umgebung erfasst werden und es wirkt eine anziehende Kraft auf das Material. Insbesondere ist zumindest ein Spalt in Form eines „S“ oder „Z“ ausgeführt. Diese beiden Formen erfassen insbesondere bei einer entsprechenden Spaltlänge einen entsprechend großen Umgebungsbereich.
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Alternativ oder in Kombination entspricht die Öffnungsfläche des Spaltes der 4-fachen Fläche einer kreisrunden Öffnung mit einem Durchmesser der doppelten Spaltbreite.
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In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen zwei Spalten auf der Tischoberfläche maximal 50 mm, vorzugsweise maximal 30 mm, besonders bevorzugt maximal 20 mm. Der Abstand zwischen zwei Spalten hängt dabei auch von dem zu legenden Material ab und von den Bewegungen des Legetisches und den, auf das Material durch die Bewegung wirkenden Kräfte. Je enger die Öffnungen auf der Tischoberfläche angeordnet sind, desto eine größere Haltekraft ergibt sich auf das abgelegte Material.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass mehrere Öffnungen über eine Unterdruckkassette verbunden sind. Die Verwendung von Unterdruckkassetten kann in vielfältiger Weise vorteilhaft sein. So kann es möglich sein, je nach Bedarf und verwendetem Material unterschiedliche Unterdruckkassetten zu verwenden und die Tischoberfläche somit modular zu gestalten und auf die jeweiligen Gegebenheiten anzupassen.
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Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass der Legetisch mehrere Unterdruckkassetten aufweist, welche vorzugsweise einzeln zuschaltbar sind. Eine Schaltung der einzelnen Unterdruckkassetten erlaubt es auf die jeweiligen Ablegemuster zu reagieren und einzelne Bereiche, welche nicht von dem zu legenden Muster betroffen sind, komplett abzuschalten. Hierdurch kann einerseits Energie im Bereich der Unterdruckeinrichtung gespart werden, da eine geringere Luftmenge zu verarbeiten ist. Andererseits können auch eventuell störende Strömungen an der Tischoberfläche vermieden werden.
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In vorteilhafter Weise ist die Druckdifferenz zwischen Unterdruckeinrichtung und Umgebung geringer 100 mbar, vorzugsweise geringer 75 mbar, besonders bevorzugt geringer 50 mbar. Ein geringer Druckunterschied zur Umgebung erlaubt es den Einsatz von Energie zu optimieren, wobei jedoch stets ein Abheben und Verrutschen von bereits abgelegtem Material auf der Tischoberfläche zu vermeiden ist. Daher ist der Druckunterschied individuell auf das zu legende Material anzupassen.
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Alternativ oder in Kombination zu den zuvor genannten Ausführungsformen kann die Tischoberfläche außerhalb der Öffnungen eine Oberflächenrauheit aufweisen, deren mittlere Rauheit vorzugsweise kleiner 0,4 µm, bevorzugt kleiner 0,3 µm und besonders bevorzugt kleiner 0,2 µm beträgt. Die mittlere Rauheit gibt dabei den mittleren Abstand eines Punktes zur virtuellen Mittelinie der Oberfläche an. Durch die Rauheit können sich an der Tischoberfläche Strömungen bilden, welche eine Ansaugkraft auf das abgelegte Material bewirken und auch zum Verbleib des abgelegten Materials an der gewünschten Position auf dem Legetisch beitragen.
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Insbesondere kann die Anzahl der Öffnungen pro m² Tischoberfläche 1500 bis 4500 bertagen. Die Anzahl der Öffnungen kann von dem auf der Tischoberfläche abzulegenden Material abhängen. Zudem können auch Bereiche der Tischoberfläche eine unterschiedliche Dichte an Öffnungen aufweisen. Ein solcher Bereich kann beispielsweise durch eine Unterdruckkassette gebildet werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besitzen die Öffnungen von der Tischoberfläche zur Unterdruckkassette eine Aufweitung, vorzugsweise mit einem maximalen Winkel der Aufweitung von 7,5°. Durch die Verengung der Öffnung zur Tischoberfläche hin wird die Strömung insgesamt optimiert und verbessert.
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Insbesondere ist der Legetisch in allen Raumrichtungen bewegbar oder drehbar, wobei die Bewegung des Legetisches derart erfolgt, dass durch den Unterdruck auf das abgelegte Material eine Haltekraft wirkt, welche größer als die durch die beschleunigte Bewegung des Legetisches an das Material angreifenden Kräfte ist. Die auf das Material wirkenden Kräfte, beispielsweise durch beschleunigte Bewegungen, sollen durch die, durch Unterdruck erzeugte, Haltekraft kompensiert werden, um ein Abheben der abgelegten Materialien bei entsprechenden Bewegungen zu vermeiden.
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In eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Tapelegevorrichtung, umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Tapes, eine Legeeinrichtung zum Aufnehmen von Tapes von der Zuführeinrichtung und Ablegen der Tapes auf einem Legetisch, wobei der Legetisch wie in einer vorherstehenden bevorzugten Ausgestaltungsform ausgestaltet ist.
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Insbesondere umfasst die Tapelegevorrichtung wie vorstehend ausgeführt weiter eine Materialzuführeinheit zum Zuführen von Tape-Material, insbesondere Tape-Bandmaterial, sowie eine Schneideinrichtung zum Schneiden des Tape-Materials zu einzelnen Tapes. Durch diese Einrichtungen können nicht nur bereits vorkonfektionierte Tapes, sondern auch als Rolle vorliegendes Tape-Material in der Tapelegevorrichtung verarbeitet werden.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung wird im Nachfolgenden mit Bezug auf die Zeichnungen an Hand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine Tapelegevorrichtung mit Verwendung eines Legetisches;
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2 eine detailliertere Draufsicht auf einen Legetisch; und
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3 einen detaillierteren Ausschnitt A der Tischoberfläche des Legetisches der 2.
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In der 1 ist eine Tapelegevorrichtung 1 zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen sowie Verstärkungsstrukturen für faserverstärkte Bauteile in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Wie in 1 gezeigt, wird in der Tapelegevorrichtung 1 ein Tape-Material 3, welches vorzugsweise als Tape-Bandmaterial beispielsweise auf einer Spule 2 aufgewickelt bereitgestellt wird, von der Spule 2 abgewickelt und einer Zuführungseinrichtung 8 zugeführt. Zu diesem Zweck ist vor der Zuführungseinrichtung 8 eine Antriebseinrichtung 6 angeordnet, welche in dieser Ausführungsform ein Paar von Antriebswalzen aufweist, die einen Walzenantrieb, auch als Mangelantrieb bezeichnet, bilden, der für den Transport des Tape-Materials 3 sorgt. Die Antriebswalzen der Antriebseinrichtung 6 werden dabei von einem oder von mehreren Motoren (nicht dargestellt) unter Steuerung einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so dass das Tape-Material 3 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und/oder einer gewünschten Länge in die Zuführungseinrichtung 8 „geschoben“ und derart zugeführt wird.
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Zwischen der Spule 2 und der Antriebseinrichtung 6 wird das Tape-Material 3 über Umlenkrollen 4 geführt. Für einen kontinuierlichen Betrieb der Tapelegevorrichtung 1 ist es notwendig, dass im Bereich der Materialzuführung auch ein Puffersystem 5 angeordnet ist, welches einen bestimmten Vorrat an Tape-Material 3 aufnehmen kann. So kann in Fällen, in welchen beispielsweise ein Wechsel der Spule 2 notwendig ist, ohne Unterbrechung mit dem im Puffersystem 5 vorhandenen Tape-Material 3 weiter produziert werden, bis eine neue Spule 2 eingesetzt und deren Tape-Material 3 in das System eingefädelt wurde. Das Puffersystem 5 kann als Tänzersystem ausgeführt sein, welches mittels eines oder mehrerer Federsysteme einen Bandvorrat bewirkt.
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Im weiteren Verlauf wird vor oder in der Zuführungseinrichtung 8 das Tape-Material 3 mittels einer Schneideinrichtung 7, das beispielsweise als ein Schneidmesser ausgeführt ist, geschnitten, um von dem Tape-Material 3 einzelne Tapes 14 einer jeweils gewünschten Länge abzutrennen. Zum sauberen Schneiden ist es erforderlich, dass die Zuführung an Tape-Material 3 zur Zuführungseinrichtung 8 kurz angehalten wird. Um trotzdem ein kontinuierliches Abwickeln der Spule 2 zu ermöglichen, kann das Puffersystem 5 dieses kurze Abbremsen oder Abstoppen der Bewegung des Tape-Materials 3 auch ausgleichen. Die Schneideinrichtung 7 bzw. das Schneidmesser ist dabei winkelig verstellbar, so dass nicht nur Schnitte quer zur Bandrichtung des Tape-Materials 3 ausgeführt werden können, sondern mittels einer entsprechenden Verstellung der Schneideinrichtung 7 um einen Winkel von beispielsweise ± 45° relativ zur Querrichtung des Tape-Materials 3 auch Tapes 14 abgeschnitten werden können, die in einem entsprechenden, gewünschten Winkel zugeschnitten sind.
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Alternativ wäre es ebenfalls denkbar, dass das Tape-Material 3 bereits als Tapes 14 vorliegend in die Zuführungseinrichtung 8 zugeführt werden und ein Schneiden zu Tapes 14 an dieser Stelle nicht mehr notwendig macht.
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Nachdem die Tapes 14 derart in der Schneideinrichtung 7 von dem Tape-Material 3 abgetrennt und vereinzelt wurden, oder bereits als vereinzelte Tapes zugeführt wurden, werden die Tapes 14 auf der Zuführungseinrichtung 8 weiter transportiert, welche die Tapes 14 schließlich an eine Legeeinrichtung 11 zuführt und an diese übergibt. In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl die Zuführungseinrichtung 8 als auch die Legeeinrichtung 11 mit einem oder mehreren, um Umlenkrollen 10, 13 geführten Transportbändern 9, 12 als Transportmittel ausgestattet. In der Zuführungseinrichtung 8 werden dabei die Tapes 14 aufliegend, das heißt, auf einer Oberseite der Zuführungseinrichtung 8 auf dem Transportband 9 aufliegend transportiert. Hingegen werden die einzelnen Tapes 14 in der Legeeinrichtung 11 jeweils „hängend“ transportiert. Hierzu ist die Legeeinrichtung 11 mit einer (nicht dargestellten) Vakuumeinrichtung versehen, welche den für den Transport notwendigen Unterdruck erzeugt, so dass die Tapes 14 an die Unterseite der Legeeinrichtung 11 angesaugt werden können.
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Die Vakuumeinrichtung ist so mit dem Transportband 12 der Legeeinrichtung 11 verbunden, dass durch das Transportband 12 hindurch Luft angesaugt und so ein Unterdruck aufgebaut werden kann, beispielsweise indem eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen in dem Transportband 12 vorgesehen sind, durch welche die Luft angesaugt werden kann. Alternativ kann auch ein Transportband 12 eingesetzt werden, wie etwa aus einem Gewebematerial, so dass die Maschen des Gewebematerials die Durchtrittsöffnungen darstellen und eine entsprechende Sog-Wirkung ausgebildet wird, welche zum Ansaugen von Tapes 14 notwendig ist.
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Die Legeeinrichtung 11 ist über einem Legetisch 15 angeordnet. Der Legetisch 15 umfasst eine Tischoberfläche 16 mit einer Vielzahl an Öffnungen 17, welche mit einer Unterdruckeinrichtung 19 in Wirkverbindung stehen, so dass über die Öffnungen 17 Luft oder andere gasförmige Medien zur Erzeugung eines Unterdruckes angesaugt werden können. Der Legetisch 15 bzw. die Tischoberfläche 16 kann in mehrere Unterdruckkassetten 18 unterteil sein, welche jeweils mehrere Öffnungen 17 umfassen. Je nach Bedarf und Position zur Ablage von Tapes 14 können die einzelnen Unterdruckkassetten 18 zu- und abgeschaltet werden um so den Energieeinsatz zu minimieren und ungewollte Luftströmungen zu vermeiden.
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Der Legetisch 15 und/oder die Legeeinrichtung 11 können in vertikaler Richtung relativ zueinander bewegt werden, so dass die Legeeinrichtung 11 jeweils zumindest ein einzelnes Tape 14 auf dem Legetisch 15 platzieren und ablegen kann. Beispielsweise kann eine Linearführung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels der die Legeeinrichtung 11 in vertikaler Richtung auf den Legetisch 15 abgesenkt werden kann, um das Tape 14 auf einer Tischoberfläche 16 des Legetisches 15, oder einer bereits zuvor auf der Tischoberfläche 16 des Legetisches 15 ausgebildeten Tapestruktur abzulegen, und gegebenenfalls kurz und leicht anzudrücken. Nach dem Ablegen des Tapes 14 wird die Legeeinrichtung 11 wieder angehoben, um ein nächstes Tape 14 aufzunehmen. Es sei hierbei bemerkt, dass im Sinne dieses Dokuments sowohl das Platzieren und Ablegen eines oder mehrerer Tapes 14 auf der Tischoberfläche 16 des Legetisches 15, als auch das Ablegen eines oder mehrerer Tapes 14 auf bereits zuvor auf dem Legetisch 15 abgelegte Tapes 14, insbesondere auf einer zuvor ausgebildeten Tapelage, als ein Platzieren und Ablegen des Tapes 14 auf dem Legetisch 15 verstanden werden soll.
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Zur Erhöhung der Legerate ist es insbesondere vorgesehen, dass mehrere Tapes 14 simultan, das heißt, insbesondere zeitgleich und mehrspurig gehandhabt werden, wobei durch eine solche Parallelisierung vorteilhaft die Anzahl gelegter Tapes 14 pro Abfolge entsprechend multipliziert wird. Entsprechend kann in einer Tapelegevorrichtung 1 bevorzugt vorgesehen sein, dass die entsprechenden Einheiten in entsprechend multipler Ausführung vorgesehen sind. So können jeweils zwei Spulen 2 vorgesehen sein, von welchen mittels zwei Antriebseinrichtungen 6 mit insgesamt zwei Paaren von Antriebswalzen zwei Stränge eines Tape-Materials 3 abgezogen und zu zwei jeweiligen Schneideinrichtungen 7 zugeführt werden, wo mittels zweier Schneidmesser zwei jeweilige Tapes 14 abgetrennt und mittels zweier Zuführungseinrichtungen 8 zu zwei Legeeinrichtungen 11 zugeführt werden. Mittels der zwei Legeeinrichtungen 11 können somit zwei Tapes 14 gleichzeitig auf dem Legetisch 15 platziert und abgelegt werden.
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Es kann weiter ebenfalls vorgesehen sein, dass, wie bekannt, während des Ablegens von Tapes 14 bereits zuvor abgelegte Tapes 14 zum Beispiel mittels hierzu vorgesehenen Ultraschalleinrichtungen oder anderen Hefteinrichtungen an der oder den darunter liegenden Tapelagen angeheftet werden, beispielsweise durch Plastifizieren, oder zumindest teilweise mit der oder den darunter liegenden Tapelagen zu einem Laminat konsolidiert werden. Dieses Vorgehen kann für jede weitere Tapelage wiederholt werden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die Tapes 14 unmittelbar nachdem sie auf dem Legetisch 15 abgelegt und platziert werden an der oder den darunter liegenden Tapelagen anzuheften, beispielsweise mittels Hefteinrichtungen, insbesondere Ultraschalleinrichtungen, die in den Legeeinrichtungen 11 vorgesehen sind. Die erste Lage an Tapes 14, welche auf dem Legetisch 15 abgelegt wird, wird an dessen Tischoberfläche 16 mittels einer Unterdruckeinrichtung 19, welche in Wirkverbindung mit den Öffnungen 17 auf der Tischoberfläche 16 stehen, gehalten, wobei die Tapes 14 an die Tischoberfläche 16 des Legetisches 15 ansaugt werden.
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In 2 ist ein Legetisch 15 in einer detaillierteren Ansicht dargestellt. Der Legetisch 15 ist auf einem Tischbein 24 gelagert, durch und mit welchen sich der Legetisch 15 sowohl horizontal als auch vertikal bewegen kann. Auch eine Rotations-Bewegung ist bei einer entsprechenden Lagerung des Legetisches 15 auf dem Tischbein 24 möglich und in vielen Anwendungsfällen auch wünschenswert. Die Tischplatte des Legetisches 15 ist aus mehreren Unterdruckkassetten 18 aufgebaut, welche zusammen eine Tischoberfläche 16 ausbilden. Die einzelnen Unterdruckkassetten 18 besitzen an der Tischoberfläche 16 Öffnungen 17, durch welche Luft angesaugt werden kann und hierdurch an der Tischoberfläche 16 den gewünschte Unterdruck erzeugen. Durch den modularen Aufbau der Tischplatte aus mehreren Unterdruckkassetten 18 können je nach Anwendungsfall einige Bereiche der Tischplatte abgeschaltet werden, indem die Verbindung der jeweiligen Unterdruckkassette 18 zur Unterdruckeinrichtung 19 unterbrochen wird. Hierdurch können einerseits Energiekosten reduziert werden, da ein kleinerer Bereich nur noch mit Unterdruck versorgt werden muss. Andererseits kann eine Abschaltung einzelner Unterdruckkassetten 18 auch sinnvoll sein um störende Luftströmungen und Verwirbelungen durch die Öffnungen 17 an der Tischoberfläche 16 zu vermeiden.
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Die Anzahl der Öffnungen 17 pro Unterdruckkassette 18 kann über die Tischoberfläche 16 variieren, wie dies in 2 dargestellt ist. In der äußeren Bereichen der Tischoberfläche 16 ist eine geringere Anzahl an Öffnungen 17 pro Flächeneinheit vorhanden, wohingegen in Zentralbereich des Legetisches 15 eine größere Anzahl von Öffnungen 17 pro Flächeneinheit vorzufinden ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass über die gesamte Tischoberfläche 16 eine konstante Anzahl an Öffnungen 17 pro Flächeneinheit angeordnet ist. Die Anzahl an Öffnungen 17 liegt zwischen 1500 und 4500 Öffnungen 17 pro m2, wobei die Anzahl auch von dem auf dem Legetisch 15 anzulegenden Material abhängig ist.
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Neben der Anzahl an Öffnungen 17 pro Flächeneinheit, kann auch die Anordnung der Öffnungen 17 über die Tischoberfläche 16 und insbesondere pro Unterdruckkassette 18 unterschiedlich sein.
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Neben der Lage und der Anzahl an Öffnungen 17 auf der Tischoberfläche 16 spielt die Form der Öffnungen 17 eine besondere Rolle. Für eine bessere Darstellung der einzelnen Öffnungen 17 ist in 3 der Ausschnitt A aus 2 detaillierter dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Öffnungen 17 als Spalte ausgebildet, welche eine Spaltbreite 20 von kleiner 2 mm, vorzugsweise kleiner 1 mm und besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm aufweisen. Die Spaltbreite 20 definiert eine Breite der Öffnungen 17, wobei für jede Öffnung 17 bzw. jeden Spalt die Spaltbreite 20 über die Spaltlänge 21 auch variabel sein kann. Die Spaltlänge 21 gibt die Länge der neutralen Faser der Öffnung 17 bzw. des Spaltes an und beträgt maximal 30 mm, vorzugsweise maximal 15 mm und besonders bevorzugt maximal 7,5 mm. Bei größeren Spaltbreiten 20 und Spaltlängen 21 kann die, durch die Öffnungen 17 bzw. Spalte angesaugte Luftmenge sehr groß werden, was sich wiederum nachteilig auf die Unterdruckeinrichtung 19 auswirkt, welche diese Luftmenge zu verarbeiten hat, zumal sich keine bessere Ansaugwirkung auf der Tischoberfläche 16 entwickelt.
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Bevorzugt weisen die Öffnungen 17 bzw. Spalte wie dargestellt die Form eines „S“ auf. Diese besondere Form der Öffnungen 17 hat auf der Tischoberfläche 16 einen relativ großen Einwirkungsbereich im Gegensatz zu beispielsweise punktförmigen Öffnungen. Alternativ wären aber auch andere Formen für die Öffnungen 17, welche einfach oder mehrfach gekrümmt sind, wie beispielsweise ein „Z“, denkbar.
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Die Form der Öffnungen 17 sollte so ausgeführt sein, dass die Öffnungen 17 in Form eines Spaltes einen bestimmten Anfang 23 und ein definiertes Ende 25 aufweisen. Der Anfang 23, sowie das Ende 25 eines Spaltes sollten auf der Tischoberfläche 16 so verlaufen, dass diese nicht aufeinander treffen bzw. am gleichen Ort zusammenfallen.
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Bei Ihrer Anordnung der Öffnungen 17 bzw. der Spalte auf der Tischoberfläche 16, weisen die Öffnungen 17 einen Abstand 22 zueinander auf, welcher maximal 50 mm, vorzugsweise maximal 30 mm und besonders bevorzugt maximal 20 mm beträgt. Der Abstand 22 gibt die kürzeste Verbindung zwischen zwei benachbarten Öffnungen 17 an. Die Tischoberfläche 16 um die Öffnungen 17 herum ist nicht ganz glatt ausgeführt, sondern weist eine geringe Oberflächenrauheit auf. Die mittlere Oberflächenrauheit der Tischoberfläche 16 ohne die Berücksichtigung der Öffnungen 17 beträgt vorzugsweise kleiner 0,4 µm, bevorzugt kleiner 0,3 µm und besonders bevorzugt kleiner 0,2 µm. Die Oberflächenrauheit in Verbindung mit der Ausführung der Öffnungen 17 als Spalte führt dazu, dass sich nahe der Tischoberfläche 16 Strömungen ausbilden, welche für eine hervorragende Haftung von auf der Tischoberfläche 16 abgelegtem Material, insbesondere von Tapes 14, sorgt.
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Gerade bei der Ablage von länglichen Materialien wie beispielsweise Tapes 14 führt die erfindungsgemäße Form der Öffnungen 17 als Spalte dazu, dass das Material auf einer Breite eine Ansaugwirkung erfährt und nicht wie sonst üblich nur rein punktuell. Durch die zwar geringe, aber vorhandene Oberflächenrauheit wird die Ansaugwirkung auf das abgelegte Material im Bereich der Öffnung 17 verstärkt. Durch diese Ansaugwirkung kann der Legetisch 15 nun in jede beliebige Raumrichtung beschleunigt bewegt und gedreht werden, ohne dass ein Ablösen des auf der Tischoberfläche 16 abgelegtem Material zu erwarten ist.
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Weiterhin kann der von der Vakuumeinrichtung 19 erzeugte Unterdruck für den Legetisch 15 bzw. die Tapelegevorrichtung 1 so gewählt werden, dass der Druckunterschied zur Umgebung geringer 100 mbar, vorzugsweise geringer 75 mbar und besonders bevorzugt geringer 50 mbar. Insbesondere durch den geringen zu erzeugenden Druckunterschied können weiter Ressourcen eingespart werden, ohne dabei ein Ablösen von auf der Tischoberfläche 16 abgelegtem Material befürchten zu müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tapelegevorrichtung
- 2
- Spule
- 3
- Tape-Material
- 4
- Umlenkrolle
- 5
- Puffersystem
- 6
- Antriebseinrichtung
- 7
- Schneideinrichtung
- 8
- Zuführungseinrichtung
- 9
- Transportband
- 10
- Umlenkrolle
- 11
- Legeeinrichtung
- 12
- Transportband
- 13
- Umlenkrolle
- 14
- Tape
- 15
- Legetisch
- 16
- Tischoberfläche
- 17
- Öffnung
- 18
- Unterdruckkassetten
- 19
- Unterdruckeinrichtung
- 20
- Spaltbreite
- 21
- Spaltlänge
- 22
- Abstand
- 23
- Anfang
- 24
- Tischbein
- 25
- Ende
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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