EP1425156A1 - Verfahren zum gewichtsgenauen zusammenstellen von harzmattenstapeln für die herstellung von smc-teilen - Google Patents

Verfahren zum gewichtsgenauen zusammenstellen von harzmattenstapeln für die herstellung von smc-teilen

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EP1425156A1
EP1425156A1 EP02798640A EP02798640A EP1425156A1 EP 1425156 A1 EP1425156 A1 EP 1425156A1 EP 02798640 A EP02798640 A EP 02798640A EP 02798640 A EP02798640 A EP 02798640A EP 1425156 A1 EP1425156 A1 EP 1425156A1
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EP
European Patent Office
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blank
resin mat
cut
parts
resin
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02798640A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Habisreitinger
Bernhard Nordmann
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1425156A1 publication Critical patent/EP1425156A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
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    • B29C31/08—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors
    • 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
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/34—Feeding the material to the mould or the compression means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
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    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
    • Y10T156/1052—Methods of surface bonding and/or assembly therefor with cutting, punching, tearing or severing
    • Y10T156/1062—Prior to assembly
    • Y10T156/1075—Prior to assembly of plural laminae from single stock and assembling to each other or to additional lamina

Definitions

  • the invention relates to a method for producing SMC parts from fiber-containing, reactive resin mats according to the preamble of claim 1 or according to the preamble of claim 2, as both, for example, from the contribution by R. Brussels and U. Weber "produce SMC parts fully automatically ", published in the journal Kunststoffe, year 79 (1989), pages 1149-1154 - briefly cited below with [1] - emerge as known.
  • a certain amount of a mixture of reactive thermosetting synthetic resin and fibers is assumed in the manufacture of SMC parts, which is weight-matched to the finished component.
  • the coordinated amount of raw material is obtained by cutting out cut parts of a certain size and shape from a fiber mat web (prepreg web) delivered in roll form and by folding the cut parts into a stack of mats. Such a mat stack is inserted in the correct position in an open mold of a press.
  • the molding tool is heated to a temperature at which the reactive synthetic resin reacts chemically and sets. By initially slowly closing the molding tool in the press, the introduced raw material is initially only heated, which makes the synthetic resin soft and flowable.
  • the mold is then closed under controlled force and speed, whereby the softened raw material flows away to the side and completely fills the mold cavity.
  • the molding tool is still Niert force kept closed, so that the resin can fully react and harden. Only then can the mold be opened and the finished SMC part removed from it.
  • the article cited at the beginning [1] refers, among other things, to a fluctuating basis weight of the resin mats. Despite all efforts of the resin mat manufacturers, the resin mat sheets could not be produced with sufficient accuracy in terms of basis weight even today. It is therefore necessary to ensure that the mass of resin mats introduced into the mold is always of the same size, at least within a certain tolerance, in preparation for each production step of an SMC part. The higher the quality requirements for the finished product, the less the resin mass introduced can scatter around a target value. In [1] it is mentioned that the problem of the fluctuating basis weight of the resin mat web and the consequent problem of the exact dosing of the raw mass can be alleviated if the quality requirements for the finished SMC pressed part could be reduced.
  • the mass of the raw material to be filled in should, if possible, be metered in with a small fluctuation range upwards and downwards compared to a target specification. If the amount of raw material entered is too small, surface roughness as well as thin and weak points in the component arise, which in extreme cases can be perforated. If, on the other hand, too much raw material is dosed into the mold, the wall thickness becomes at least locally too large, which may lead to component distortion; in any case, overdosed parts are not true to size.
  • the blank parts stacked up as a raw material to form a stack of mats are all rectangular in shape and all have the same width, namely the width, in one direction transverse to the resin mat web the trimmed Harzmattenbahn itself.
  • the blank parts are produced by cross-cutting the resin mat web, using a pneumatically driven high-speed knife, which is moved across the resin mat web, which is supported at the point of the cut by a narrow profile. The high-speed knife presumably emerges from the underside of the resin mat sheet to be cut and into a longitudinal slot of the supporting profile.
  • the rectangular dimension of the cut parts lying in the longitudinal direction of the resin mat web is used.
  • the target weight of the resin mat stack to be adhered to it is not the cut-out cut parts that are weighed, but the finished SMC part.
  • the cut parts for the next SMC part are cut longer, shorter or consistently.
  • a fundamental disadvantage of the control strategy known from [1] for maintaining the target weight of the raw mass to be introduced is that a control intervention to correct the actual controlled variable - raw mass for part n - from the target / actual deviation of a variable other than a measured variable - namely Finished part mass of part n + 1 - is made dependent.
  • the measured variable "finished part mass of part n + 1" does not have to be representative of the actual control variable "raw mass for the part n ".
  • an attempt is made to detect or predict possible differences between the two by continuously measuring the thickness of the resin mat web.
  • EP 461 365 B1 - briefly cited below with [2] - shows a process for the production of molded plastic parts made of thermoplastic, in which a weight-matched amount of heated and softened thermoplastic is placed in an open mold of a press by closing of the molding tool, the plastic mass is extruded into the cavity of the molding tool and then the workpiece still in the molding tool is cooled and finally removed from it.
  • the peculiarity of the method described in [2] consists in the provision of the heated thermoplastic in a flat preform that is already roughly matched to the shape of the mold cavity, the molding compound distribution within the preform also being roughly adapted to the requirements of the mold cavity is.
  • a thin, wide extrudate strand of hot plastic mass is placed on the heated and reversibly drivable conveyor belt of a belt scale and weighed at the same time.
  • the extrudate strand is placed on the conveyor belt in a meandering manner and with a variable mass distribution due to a slow oscillating movement of the conveyor belt in the conveying direction or counter to it and due to a targeted belt speed that can deviate from the extrusion speed.
  • the plastic mass to be introduced into the cavity of the molding tool should correspond exactly to a target weight, on the one hand to ensure complete filling of the cavity and on the other hand to ensure that the cavity is completely filled. constant closing of the mold without allowing excessive burr formation.
  • this is achieved by continuously weighing the extrudate strand deposited on the belt scale. After a part of the extrudate strand still hangs on the extrusion nozzle towards the end of the formation of a preform and the entire plastic mass intended for the preform does not load the scales, the extruded strand is produced in a very short time shortly before the target weight is reached, i.e. when a certain weight threshold is reached Time separated. If the weight of the preform, which is now completely on the belt scale, lies within a predetermined tolerance range, it is transferred to a downstream conveyor, which in turn places it in the opened mold. If, on the other hand, the preform formed is too heavy or too light, it is discarded and its plastic mass is recycled.
  • the weight threshold for triggering the strand separation for the next preform is also corrected accordingly, ie if the preform is too heavy, the weight threshold is changed in the direction of a lower threshold weight and vice versa.
  • this type of control of the weight of the plastic mass to be introduced into a molding tool cannot be transferred to the processing of fiber-reinforced thermosets, ie not to the portioning of resin mat blanks.
  • the object of the invention is to improve the generic method so that, despite the fluctuating basis weight of the resin mat web, the target weight prescribed for the resin mats to be inserted can be adhered to with high accuracy for each manufacturing cycle of an SMC part, without significantly increasing the shape of the individual cut parts change.
  • this object is achieved according to the invention in two ways, namely on the one hand by the characterizing features of claim 1 and on the other hand by the characterizing features of claim 2.
  • a reference blank with a constant shape and size is cut and weighed individually. From the weight and size of the reference blank as well as from the total weight of the resin mat stack to be aimed for, the areal size of correction parts is calculated, which must be cut in order to arrive at the target weight of the resin mass to be introduced precisely and precisely. This is based on the largely correct assumption that the weight per unit area of the resin mat web changes only negligibly in the immediate vicinity of the location at which the reference blank was separated from the resin mat web. In the solution according to claim 1, which is based on a multi-layer stacked resin mass, the further layers of resin mat are regarded as correction parts and their size to be observed together is determined.
  • FIG. 2 shows the cutting table with the line tear on a resin mat web for cutting the parts of a seven-part resin mat stack of a first embodiment
  • FIG. 3 shows an auxiliary device built on a balance for weighing the reference blank and for preparing a resin mat stack obtained according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows the cutting tool arranged on the wrist of an industrial robot with a circular saw blade, which perform high-frequency rotary oscillation movements, for cutting the resin mat web supported by a glass plate,
  • Fig. 5 is an enlarged individual view of the cutting intervention of the circular saw blade in the supported resin mat web
  • FIG. 6 shows the cutting of a single-layer useful blank of predetermined weight from a reference blank of changing basis weight as a second exemplary embodiment.
  • the process on which the invention is based for the serial production of SMC parts will be briefly explained with reference to the process scheme according to FIGS. 1 and 2.
  • the SMC parts are produced from fiber-containing, reactive resin mass, which is provided as a preliminary product in the form of a quasi-endless resin mat web 22 wound up into a supply roll 1.
  • Harzmattenbahn Fibers are usually glass fibers; carbon fibers or Kevlar fibers can also be integrated in the case of highly stressed SMC parts.
  • the fibers are cut and have a length of about 1 to 5 cm.
  • a protective film 26 which is only removed shortly before the resin mat is processed and rolled up to form a separate roll 2.
  • the protective film is deflected towards the winding 2 against a direction of processing of the resin mat via a turning bar 12 located in the vicinity of the cutting table 3.
  • the side edges of the resin mat web are unsuitable for further processing and must be cut off.
  • the lateral waste strips 28 are also deflected into waste containers 14 via turning bars 13.
  • the resin mat webs which are still provided with an adhesive protective film can also be cut without difficulty.
  • the edge strips 28 (FIG. 2) can be removed before the protective film 26 is removed.
  • it may be desirable to cut the cut parts with protective film so that they can be stacked before further processing and only processed further at a later time.
  • the protective film adhering to each of the blank parts prevents the stacked blank parts or those stored in a scale formation from sticking together. So far, separate sheets of film were required as an intermediate layer in such a case, which caused additional costs.
  • cutting to include the protective film is a special case, which is why the following description is based on the rule in which the protective film is peeled off and coherently wound before the resin mat web is cut becomes.
  • This also has the advantage that it is easier to check whether the protective film has completely detached from the resin mat web. Film residues adhering to the cut parts are very harmful for the further processing process and the strength of the pressed part to be produced.
  • the usable part of the resin mat web 22 is disassembled on the cutting table 3 provided with a very hard support, various cut parts of a defined shape and size being cut out from it and stacked to form a multilayer resin mat stack of a certain number of layers and arrangement.
  • the resulting waste which can no longer be used, is discharged into a corresponding waste container 4.
  • the cutting can basically be done manually with a sharp knife and steel ruler. In the exemplary embodiment shown in the figures, however, mechanized and automated cutting by means of a cutting robot 5 is provided, which will be discussed in more detail below.
  • the cut parts cut by the robot 5 on the table 3 are stacked to form a resin mat stack 31, the cut parts being handled and moved by a handling robot 7, which in turn is used with a specially for this task and this substrate trained resin mat gripper 27 is equipped.
  • the handling robot places it in a heated position in a heated molding tool 35 of the molding press 8.
  • the molding tool is pressed by the press until the shaping surface of the cavity comes into contact with the resin mat stack closed and tensioned in the closing direction with a defined, initially low force.
  • the resin mass heats up and softens. Due to the closing force of the molding tool 35, the resin mass begins to flow and thereby completely fills the cavity of the more and more closing molding tool.
  • the tool is then held in the closed state for a certain time with increased force, the resin composition thermally curing.
  • the press 8 opens the tool, the finished SMC part remaining in the lower, stationary mold half.
  • a removal robot 9 provided with a removal tool 29, the SMC part can be removed from the press and placed in a cooling station 11. While the cutting and handling robots 5 and 7 are preparing a new resin mat stack, the opened mold is cleaned by two cleaning robots 10 so that it is ready to receive a new resin mat stack.
  • the process described for the production of the SMC parts requires that the resin composition entered into the molding tool corresponds very precisely to a specific target weight.
  • the cavity of the mold must be completely filled by the resin mass introduced, on the other hand, there must not be too much resin mass in the cavity, because otherwise the mold cannot be closed completely and the molded SMC part is not molded to size.
  • an unnecessary amount of resin mass oozes out at the parting line of the tool, which makes the cleaning process more difficult.
  • the resin mat web 22 has impermissibly high fluctuations in the basis weight, which cannot be avoided in the production of this preliminary product.
  • the present invention provides a special method for cutting the cut parts of the Resin mats in front.
  • the largely correct assumption is made that the basis weight of the resin mat web changes only negligibly within a surface area that is required for the resin mass of an SMC part.
  • the cut parts 24, 25 to be used for the resin mat stack 31 of a specific SMC part are not only cut out of one and the same resin mat web 22, but also in the immediate vicinity of one another.
  • a special blank part, a reference blank part 24 is cut with a shape and surface area F r that is always the same for all successive resin mat stacks and, after the blanking, is weighed individually and its actual weight G r , i St is determined.
  • the local, actual basis weight of the resin mat web is known to a certain extent.
  • the required resin mat stack consists of further, variably designed blank parts 25.
  • the resin mat stack 31 put together with the weighed, area-constant reference blank part 24 and with the other blank parts 25 individually dimensioned in terms of surface area has a total weight G g which, apart from a few parts per thousand, corresponds to the target weight.
  • the predetermined target weight of the resin mat stack could be maintained over a spread of + 0.3%.
  • the weight-consistant resin mat stack formed in this way can thus be easily inserted into the ready-to-use mold 35 of the molding press 8 for further processing.
  • the ongoing weighing of reference blanks of equal area which is carried out when the method according to the invention is carried out as standard, also gives a reliable wealth of data with regard to the course of the basis weight of the resin mat web in the longitudinal direction of the web.
  • the generated, very dense amount of data can be in several ways be evaluated.
  • the basis weight of the resin mat web in the longitudinal direction of the web can be printed out as a longitudinal profile, ie as a line, the average basis weight, the standard deviation and the maximum deviation from the mean value can be determined. This data enables reliable quality control and monitoring of the resin mat webs delivered.
  • the total weight G g of the fiber mats is entered as a target size in a computational process for each workpiece, from which the resin mat parts are then cut individually and precisely.
  • the invention makes it possible, without further ado, to change this target variable slightly, if necessary, or to adapt it to new knowledge or circumstances.
  • the target weight can be corrected in the course of series production from a value X to a value of, for example, X + 0.5% or, for example, to a value X - 1.3%.
  • the new target weight is entered, the actual total weights of the resin mat stacks produced after the change are correspondingly higher or lower, and likewise with the accuracy of ⁇ 0.3% mentioned.
  • the invention therefore allows a sensitive and precise specification of the total weight of the resin mats to be inserted into the molding tool 35.
  • the resin mat stacks After the resin mat stacks are put together on a scale, it is easily possible to exactly determine the actual total weight of the finished resin mat stacks by weighing and to record them for each workpiece. This not only allows monitoring of the method of weighing the resin mat webs according to the invention. Rather, the actual weights of the finished resin mat stacks, which are recorded individually for the workpiece, also provide essential data for quality monitoring of the pressed part production. From the made and permissible assumption that the gradient of the basis weight within the resin mat web 22 is only slight, it follows that the basis weight within the surface bath requirement for a resin mat stack is constant with sufficient accuracy.
  • the dimension 1 of the rectangular side of the remaining blank parts 25 is expediently used for all successive resin mat stacks 31 left unchanged, whereas only the transverse dimension b of the rectangular side of the remaining blank parts 25 for the current resin mat stack is individually dimensioned according to the technical teaching of the present invention.
  • the unchanged longitudinal dimension l is parallel and the individually dimensioned width dimension b of the rectangular side of the other blank parts is oriented transversely to the longitudinal direction of the resin mat web 22.
  • the usable width of the resin mat web 22 is at least slightly larger than the width B of the reference blank 24 plus three times the greatest width b of the other blank parts 25. This generally results in an edge strip 30 as a loss of blank on one edge of the resin mat web is discharged into the waste container 4. Only in the extreme case of an extremely low basis weight of the resin mat web may this marginal loss be negligibly small.
  • the resin mat stack to be formed consists of a total of seven blank parts, namely a particularly large reference blank part 24 and six substantially smaller, remaining blank parts 25, which are arranged in two small, adjacent stacks on the bottom lying reference blank 24 are stacked.
  • the largest possible blank should be selected for the reference formation, so that the weight determined is also reliably representative of the weight per unit area of the resin mat web in the area of the web end being worked on.
  • the reference blank part should expediently have a size of approximately 20 to 60% of the total area of all blank parts of the resin mat stack 31. If it is too small, the weight and the area do not represent the local basis weight with sufficient accuracy.
  • the reference blank is too large, it may be the case that the weight balance cannot always be achieved with the relatively small remaining blank or parts without in extreme cases with a very high basis weight, they must be trimmed to an unacceptably high degree. In such a case, it is then better to remove at least part of the excess mat weight from the reference blank itself. This will be discussed again below in connection with a further exemplary embodiment according to FIG. 6.
  • the blank part lying in the bottom of the resin mat stack 31 is of sufficient size to be able to be selected as a reference blank part 24.
  • the remaining cut parts 25 can be stacked on the reference cut part still lying on the weighing plate 16 of the balance 15 to form the resin mat stack 31.
  • the bottom cut part will therefore be selected as the reference cut part and always cut to the same area.
  • the two resin mats at the bottom is a rare occurrence, you will, for example, choose the two resin mats at the bottom as a reference blank, always cut them to the same area and weigh them together.
  • the reference blank 24 is not only weighed when it is placed on the scale 15, but at the same time also preformed in a manner which is later useful for inserting the finished resin mat stack 31 into the mold.
  • a stacking device 17 is fastened on the weighing plate 16 of the balance, which enables the step-by-step preforming of the reference blank by the handling robot and the resin mat gripper.
  • the remaining cut parts 25 are stacked on the lower or upper section of the stepped reference blank.
  • the invention can also be implemented in a manually operated process sequence, in which, for example, the cutting parts are cut out by means of a hand-held knife and steel ruler on a steel base, and in which the cutting parts are handled manually by the worker.
  • This method of working can still occasionally be found today in the series production of SMC parts.
  • the reference blank 24 could be cut relatively precisely using a template. Templates of different shapes could also be used for the other blank parts 25, and after weighing the reference blank part it is automatically output which template from a finely graduated set is to be used. It is also conceivable to cut using punching tools, such as those used when cutting leather in a flat press, possibly supported by vibrators. A set of finely graduated punching tools had to be kept ready for the area-flexible cutting of the other cut parts. Depending on the calculation result, an individually determined punching tool would have to be output from the supply and placed on the resin mat web for punching out a blank.
  • a sharp knife with an exchangeable blade can be used, which with a pulling cut, i.e. at a shallow angle, through which the resin mat is moved, although it must be monitored that there are no fiber bundles hanging on the cutting edge that interfere with a clean cut.
  • a high-frequency rotary-oscillating circular saw blade 21 is recommended for the automated cutting of the cut parts using cutting robot 5 as cutting tool, which performs small rotary strokes around a stationary central position.
  • the resin mat web 22 is supported by a smooth, continuous and shock and joint-free base in the form of a thick glass plate 23, which is harder than the cutting teeth of the circular saw blade.
  • a drive motor 20 for the circular saw blade 21 is held in a position such that the wrist axis 19 crosses the axis of the rotational oscillation movement of the circular saw blade via a holding bracket.
  • the drive motor sets the circular saw blade in rotary oscillations with about 20,000 turning strokes per minute via an integrated lifting gear.
  • the cutting tool is guided along the desired cutting line so that the circumference of the circular saw blade touches the glass plate 23 with little force during the cutting.
  • the very small rotary oscillation strokes h performed by the circular saw blade are larger than the tooth pitch t, but are smaller or slightly larger than the thickness s of the resin matting 22.
  • the rotary oscillating circular saw blade works similarly to a jigsaw, but with two basic differences.
  • the sawing tool is a circular path stroke of the sawing tool, which plunges tangentially into the material to be cut and does not emerge from the material to be cut on the underside; the arcuate cutting strokes are oriented at a very flat angle to the mat level.
  • the material to be cut cannot follow the high-frequency oscillation movement due to inertia, even when it is lying loosely, so that the resin mat lying loosely on the glass plate can also be cut without any problems.
  • the advantage of this cutting tool is not only trouble-free and low-wear work when cutting resin mats, but also the possibility of being able to perform tight curve cuts precisely.
  • a reference blank 32 with a shape and surface area F r that is always the same for all successive SMC parts is first cut, and this is weighed after the blanking, whereby that actual weight G r is determined.
  • the shape and the area For this Reference blanks are selected so that the latter in any case overhangs the blank on all sides.
  • the reference blank is large enough to be able to cut out the usable blank 33 with the prescribed weight G n of the usable blank 33. In any case, a more or less large piece of waste 34 is obtained when the reference blank is cut back, ie when the usable blank 33 is cut out of it.
  • a rectangular shape with the side lengths A 'and B' is selected for the reference blank 32, the width dimension B 'corresponding to the usable width of the resin mat web 22'.
  • the reference blank can then be cut by means of a straight cut made transversely to the longitudinal direction of the resin mat web at a distance A 'from the previous end edge. It only has to be ensured that the area F r of all reference blanks with an error deviation of very few parts per thousand is the same.
  • the cutting table 3 'used to cut the reference blank 32' is at the same time designed as a scale, ie the glass plate 23 forming the table top is also the weighing plate of a scale.
  • the end of the resin mat web 22 ' has to be temporarily lifted off the cutting table 3' by the handling robot 7 or by another, simpler auxiliary device.
  • the area F a of the surplus of the reference blank 32 in relation to the area F n of the usable blank 33, ie the area of the waste piece 34, is determined.
  • the relationship F a F r . (1 - G n / G r , ist) or a derived, in principle similar relationship.
  • this date can be automatically entered into the control of the cutting robot 5 in a suitable, for example digitized form for each workpiece.
  • a finely graduated family of movement lines for guiding a curved cut is stored in the robot control, with a certain area F a being assigned to each individual movement line. Three of these cutting lines are indicated in FIG.
  • the associated movement program is activated in the control of the trimming robot and the trimming robot is then moved.
  • the hatched area lying outside the actual cutting line represents the waste piece 34 to be removed. If the reference blank is very heavy, a waste piece 34 with a large area F a is cut off, with a light reference blank the reverse is the case.
  • the pieces of waste to be cut are similar in shape and in any case a piece of surface with the weight G n which corresponds to the shape and size of the desired usable blank 33 remains, which can be inserted into the mold.
  • the reference blank if it has been cut using an industrial robot, is no longer moved after being cut, ie the reference blank must not be weighed from the base on which it was cut , taken down or moved, otherwise the reference to the The cutting robot system is lost. This is also the reason why the cutting table is also designed as a scale or as a weighing plate.
  • the cutting table which is also a weighing plate
  • the actual weight of this reference part can be determined, which is usually too high compared to the target weight to be maintained.
  • the excess weight of the current reference part is converted into a new cutting contour, similar to that already described in connection with FIG. 6, three of which are indicated in FIG. 6 by differently drawn lines.
  • the reference part is deliberately reduced in weight and the target weight of the usable blank 33 is thereby precisely controlled.
  • the shape-related waste only falls a relatively narrow, weight-related edge strip as a blend.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von SMC-Teilen aus einer abgestimmten Menge eines faserhaltigen reaktionsfähigen Kunstharzes, welches in Form von definierten Zuschnittteilen von Harzmatten bereitgestellt wird. Die Harzmatten werden lagedefiniert in ein beheiztes Formwerkzeug einer Formpresse eingelegt, die erwärmte Harz/Faser-Masse in dem sich schliessenden Formwerkzeug zu dem SMC-Teil fliessgepresst, dieses thermisch ausgehärtet und anschliessend dem Formwerkzeug entnommen. Um trotz schwankenden Flächengewichts der Harzmatten für alle Fertigungszyklen ein stets gleichbleibendes Gewicht der Harzmattenstapel mit hoher Genauigkeit einhalten zu können, wird beim Einwiegen der Zuschnitteile erfindungsgemäss ein Referenz-Zuschnittteil mit einer stets gleichbleibenden Form und Grösse zugeschnitten und jeweils für sich gewogen. Aus Gewicht und Grösse des Referenz-Zuschnittteils sowie aus dem anzustrebenden Gesamtgewicht des Harzmattenstapels wird rechnerisch die flächenmässige Grösse von Korrekturteilen ermittelt, die geschnitten werden müssen, um gezielt und genau auf das Sollgewicht der einzubringenden Harzmasse zu kommen. Es werden zwei verschiedene Lösunsgswege beschritten, wobei der eine für eine mehrlagige und der andere für eine einlagige Einbringung der Harzmasse in das Formwerkzeug gedacht ist.

Description

Verfahren zum gewichtsgenauen Zusammenstellen von Harzmattenstapeln für die Herstellung von SMC-Teilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von SMC- Teilen aus faserhaltigen, reaktionsfähigen Harzmatten nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff von Anspruch 2 , wie beide beispielsweise aus dem Beitrag von R. Brüssel und U. Weber "SMC-Teile vollautomatisch herstellen", veröffentlicht in der Zeitschrift Kunststoffe, Jahrgang 79 (1989), Seiten 1149-1154 - nachfolgend kurz mit [1] zitiert - als bekannt hervorgehen.
Nach der Literaturstelle [1] wird bei der Fertigung von SMC- Teilen von einer bestimmten Menge eines Gemisches von reaktionsfähigem duroplastischem Kunstharz und Fasern ausgegangen, die gewichtsmäßig auf das fertige Bauteil abgestimmt ist. Und zwar wird die abgestimmte Rohstoffmenge durch Ausschneiden von Zuschnitteilen bestimmter Größe und Form aus einer in Rollenform angelieferten Fasermattenbahn (Prepreg-Bahn) und durch Zusammenlegen der Zuschnitteile zu einem Mattenstapel gewonnen. Ein solcher Mattenstapel wird lagegenau in ein geöffnetes Formwerkzeug einer Presse eingelegt. Das Formwerkzeug ist auf eine Temperatur beheizt, bei der das reaktionsfähige Kunstharz chemisch reagiert und abbindet. Durch anfänglich langsames Schließen des in der Presse befindlichen Formwerkzeuges wird der eingebrachte Rohstoff zunächst lediglich erwärmt, wodurch das Kunstharz weich und fließfähig wird. Anschließend wird das Formwerkzeug unter kontrollierter Kraft und Geschwindigkeit geschlossen, wobei der erweichte Rohstoff seitlich wegfließt und dabei die Kavität des Formwerkzeuges vollständig ausfüllt. Nach diesem Ausfüllen der Gravur wird das Formwerkzeug noch eine Zeit lang mit defi- nierter Kraft geschlossen gehalten, so daß das Kunstharz vollständig ausreagieren und aushärten kann. Erst dann kann das Formwerkzeug geöffnet und das fertige SMC-Teil daraus entnommen werden.
In dem eingangs zitierten Beitrag [1] wird u.a. auf ein schwankendes Flächengewicht der Harzmatten hingewiesen. Trotz aller Bemühungen der Harzmatten-Hersteller könnten nach [1] auch heute noch nicht die Harzmattenbahnen mit hinreichender Genauigkeit im Flächengewicht hergestellt werden. Deshalb muß vorbereitend für jeden Herstellungsgang eines SMC-Teiles dafür gesorgt werden, daß die in das Formwerkzeug eingebrachte Masse an Harzmatten zumindest innerhalb eines bestimmten Toleranzspielraumes stets gleichgroß ist. Je höher die Qualitätsanforderungen an das fertige Erzeugnis sind, um so weniger darf die eingebrachte Harzmasse um einen Sollwert streuen. In [1] wird erwähnt, daß das Problem des schwankenden Flächengewichts der Harzmattenbahn und das daraus folgende Problem der genauen Dosierung der Rohmasse dadurch entschärft werden könne, wenn die Qualitätsanforderungen an das fertige SMC-Preßteil reduziert werden könnten. Wenn es sich jedoch bei den herzustellenden SMC-Bauteilen um dünnwandige Schalenbauteile mit hohen Qualitätsansprüchen handelt, sollte die Masse des einzufüllenden Rohstoffs nach Möglichkeit mit einer geringen Schwankungsbreite nach oben und nach unten gegenüber einer Sollvorgabe eindosiert werden. Ist die eingegebene Rohstoffmenge zu gering, so entstehen Oberflächenrauheiten sowie Dünn- und Schwachstellen im Bauteil, die im Extremfall löcherig sein können. Wird hingegen zu viel Rohstoff in das Formwerkzeug dosiert, so wird die Wandstärke zumindest lokal zu groß, was u.U. zu einem Bauteilverzug führt; auf jeden Fall sind überdosierte Teile nicht maßhaltig genug. Außerdem quillt im Fall einer Überdosierung Material entlang der Teilungsfuge des Formwerkzeues aus, was nicht nur zu übergroßen Graten und zu entsprechender Mehrarbeit beim Entgraten, son- dern auch zu einer vermehrten Werkzeugverschmutzung und somit zu einer Vermehrung der Nebenarbeit "Werkzeugreinigen", insgesamt also zu einer Reduzierung der Produktivität führt.
Bei dem in der Literaturstelle [1] geschilderten, automatisierten Verfahren zur Herstellung von SMC-Teilen sind die als Rohmasse zu einem Mattenstapel aufgeschichteten Zuschnitteile alle rechteckig geformt und weisen in der einen, quer zur Harzmattenbahn liegenden Richtung untereinander alle die gleiche Breite, nämlich die Breite der randseitig beschnittenen Harzmattenbahn selber auf. Die Zuschnitteile werden durch Querschneiden der Harzmattenbahn erzeugt, wobei ein pneumatisch angetriebenes Hochgeschwindigkeitsmesser verwendet wird, welches quer über die Harzmattenbahn hinweg bewegt wird, die an der Stelle des Schnittes durch ein schmales Profil unterstützt ist. Vermutlich taucht das Hochgeschwindigkeitsmesser unterseitig aus der zu schneidenden Harzmattenbahn aus und in einen Längsschlitz des unterstützenden Profils ein. Zur Kompensation eines veränderten Flächengewichts der Harzmattenbahn wird das in Längsrichtung der Harzmattenbahn liegende Rechteckmaß der Zuschnitteile herangezogen. Beim Überwachen des einzuhaltenden Zielgewichtes des Harzmattenstapels werden nicht etwa die abgeschnittenen Zuschnitteile gewogen, sondern das fertige SMC-Teil. Je nach Abweichung des Fertiggewichts des SMC-Teils von einem Sollgewicht werden die Zuschnitteile für das nächstfolgende SMC-Teil länger, kürzer oder gleichbleibend geschnitten. Ein grundsätzlicher Nachteilig an der aus [1] bekannten Regelstrategie zur Einhaltung des Sollgewichtes der einzubringenden Rohmasse besteht darin, daß ein Regeleingriff zur Korrektur der eigentlichen Regelgröße - Rohmasse für das Teil n - von der Soll/Ist-Abweichung einer anderen Größe als Meßgröße - nämlich Fertigteilmasse des Teiles n+1 - abhängig gemacht wird. Die Meßgröße "Fertigteilmasse des Teiles n+1" muß keineswegs repräsentativ für die eigentliche Regelgröße "Rohmasse für das Teil n" sein. Bei [1] wird versucht, mögliche Unterschiede zwischen beiden dadurch zu erfassen oder vorauszusagen, daß die Stärke dar Harzmattenbahn laufend erfaßt wird. Wegen der grundsätzlichen Unterschiede von Meßgröße einerseits und Regelgröße andererseits wird ein sehr großer Anteil der nach [1] hergestellten SMC-Teile vom anzustrebenden Sollgewicht abweichen; die aus [1] bekannte Regelstrategie funktioniert nur aufgrund einer solchen Abweichung. Abgesehen davon liegt ein weiterer Nachteil des Verfahrens nach [1] darin, daß die Zuschnitteile rechteckig mit einer der Breite der Harzmattenbahn entsprechenden Breite sein müssen. Diese Voraussetzung kann jedoch nur für ein eingeschränktes Spektrum von Bauteilen verfahrensoptimal zugelassen werden.
Bei häufig manuell ausgeübten Verfahren zur serienmäßigen Herstellung von SMC-Teilen wird die in das Formwerkzeug eingebrachte Masse an Harzmatten individuell eingewogen, was e- benfalls manuell geschieht und sehr hinderlich für eine Automatisierung des Prozesses ist. Dabei werden üblicherweise rechteckige Zuschnitteile aus einer quasi-endlosen Fasermattenbahn mit einem scharfen Messer auf einer Stahlunterlage herausgeschnitten und gewogen. Wenn das Sollgewicht eines in eine Mattenstapel einzubringenden Zuschnitteils zu groß ausfällt, wird an einer Längsseite eines Zuschnitteils ein Randstreifen oder an einer Ecke ein dreieckiges Stück abgeschnitten, wodurch das Sollgewicht angenähert aber nicht genau erreicht wird. Vor allem aber wird durch eine solche Korrektur die Sollform des Zuschnitteils stark verändert, was sich nachteilig auf den Abformprozeß und die Bauteilqualität auswirkt. Fällt hingegen das Sollgewicht eines Zuschnitteils zu gering aus, so wird das nächstfolgende Zuschnitteil etwas größer als die Sollform zugeschnitten oder ein kleines Verschnitteii eines früheren Korrekturvorganges beigelegt. Diese Korrekturarten wirken sich nachteilig auf den anschließenden Formvorgang und die Bauteilqualität aus. Im übrigen wird durch dieses manuelle Einwiegen der Rohstoffmenge das Sollgewicht nur mit einer sehr großen Streuung angenähert, die kaum kleiner ist, als die Gewichtsstreuung der Harzmatten selber. Aus diesem Grunde entstehen bei einer SMC-Teile- Fertigung mit manueller Rohstoff-Einwage relativ viele Ausschußteile und Qualitätsschwankungen.
In der EP 461 365 Bl - nachfolgend kurz mit [2] zitiert - wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffpreßteilen aus thermoplastischem Kunststoff gezeigt, bei dem eine gewichtsmäßig abgestimmte Menge an erwärmten und erweichtem Thermoplast-Kunststoff in ein geöffnetes Formwerkzeug einer Presse eingelegt, durch Schließen des Formwerkzeugs die Kunststoffmasse in die Kavität des Formwerkzeugs fließgepreßt und anschließend das noch im Formwerkzeug befindliche Werkstück abgekühlt und schließlich aus ihm entnommen wird. Die Besonderheit des in [2] geschilderten Verfahrens besteht in der Bereitstellung des erwärmten Thermoplast-Kunststoffes in einem auf die Form der Kavität des Formwerkzeuges bereits grob abgestimmten, flachen Vorformling, wobei auch schon die Preßmassenverteilung innerhalb des Vorformlings den Erfordernissen der Kavität des Formwerkzeuges grob angepaßt ist. Dazu wird ein dünner, breiter Extrudatstrang von heißer Kunststoffmasse auf dem beheizten und reversierbar antreibbaren Förderband einer Bandwaage abgelegt und zugleich gewogen. Der Extrudatstrang wird aufgrund einer langsamen Oszillationsbewegung des Förderbandes in Förderrichtung bzw. entgegen ihr und aufgrund einer gezielten Bandgeschwindigkeit, die von der Extrusiondgeschwibdigkeit abweichen kann, mäandrierend und mit einer veränderlichen Massenverteilung auf dem Förderband abgelegt. Auch bei diesem Verfahren zur Formpreßverarbeitung von thermoplastischem Kunststoff soll die in die Kavität des Formwerkzeuges einzubringende Kunststoffmasse genau einem Sollgewicht entsprechen, um einerseits ein vollständiges Ausfüllen der Kavität sicherzustellen und andererseits ein voll- ständiges Schließen des Formwerkzeuges ohne übergroße Gratbildung zu ermöglichen. Bei dem in [2] gezeigten Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß der auf der Bandwaage abgelegte Extrudatstrang laufend gewogen wird. Nachdem gegen Ende der Bildung eines Vorformlings ein Teil des Extrudatstranges noch an der Extrusionsdüse hängt und nicht die gesamte für den Vorformling bestimmte Kunststoffmasse die Waage belastet, wird bereits kurz vor Erreichen des Sollgewichtes, d.h. bei Erreichen einer gewissen Gewichtsschwelle, der extrudierte Strang in sehr kurzer Zeit abgetrennt. Liegt das Gewicht des nun vollständig auf der Bandwaage befindlichen Vorformlings innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfeldes, so wird er an eine nachgeschaltete Fördereinrichtungen übergeben, die ihn ihrerseits in das geöffnet Formwerkzeug ablegt. Ist hingegen der gebildete Vorformling zu schwer oder zu leicht, so wird er verworfen und seine Kunststoffmasse recycliert. Die Gewichtsschwelle zum Auslösen des Strangtrennens für den nächstfolgenden Vorformling wird außerdem entsprechend korrigiert, d.h. bei einem zu schweren Vorformling wird die Gewichtsschwelle in Richtung auf ein geringeres Schwellgewicht verändert und umgekehrt. Diese Art zur Steuerung des Gewichts der in ein Formwerkzeug einzubringenden Kunststoffmasse ist jedoch nicht auf die Verarbeitung faserverstärkter Duroplaste, d.h. nicht auf die Portionierung von Harzmattenzuschnitten übertragbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde gelegte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß trotz schwankenden Flächengewichts der Harzmattenbahn das für die einzulegenden Harzmatten vorgeschriebene Sollgewicht für jeden Fertigungszyklus eines SMC-Teiles mit hoher Genauigkeit eingehalten werden kann, ohne die Form der einzelnen Zuschnittteile wesentlich zu verändern. Ausgehend von den gattungsgemäß zugrunde gelegten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß auf zweierlei Weise, nämlich zum einen durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und zum anderen durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 2 gelöst.
Danach wird ein Referenz-Zuschnitteil mit einer stets gleichbleibenden Form und Größe zugeschnitten und jeweils für sich gewogen. Aus Gewicht und Größe des Referenz-Zuschnitteils sowie aus dem anzustrebenden Gesamtgewicht des Harzmattenstapels wird rechnerisch die flächenmäßige Größe von Korrekturteilen ermittelt, die geschnitten werden müssen, um gezielt und genau auf das Sollgewicht der einzubringenden Harzmasse zu kommen. Hierbei wird von der weitgehend zutreffenden Annahme ausgegangen, daß sich das Flächengewicht der Harzmattenbahn in der unmittelbaren Umgebung des Ortes, an dem das Referenz-Zuschnitteil aus der Harzmattenbahn herausgetrennt wurde, nur vernachlässigbar wenig ändert. Bei dem Lösungsweg nach Anspruch 1, der von einer mehrlagig aufgestapelten Harzmasse ausgeht, werden die weiteren Harzmattenlagen als Korrekturteile angesehen und deren gemeinsam einzuhaltende Größe ermittelt. Diese übrigen Zuschnitteile werden dann aus einem zum Referenz-Zuschnitteil in der Harzmattenbahn unmittelbar benachbart liegenden Bereich des jeweiligen Harzmattenstapels entsprechend der ermittelten Größe herausgeschnitten und aufgestapelt. Bei dem Lösungsweg nach Anspruch 2, der von einer einlagig einzubringenden Harzmatte ausgeht, wird ein Referenzteil in Übergröße herausgetrennt, dieses Gewogen und der gewichtsmäßige Überschuß dann gezielt in einer entsprechenden Fläche abgeschnitten.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Verfahrensanlage in einer Grundrißdarstellung,
Fig. 2 den Schneidetisch mit dem Linienriß auf einer Harzmattenbahn für das Zuschneiden der Teile eines siebenteiligen Harzmattenstapels eines ersten Ausführungsbeispieles,
Fig. 3 eine auf einer Waage aufgebaute Hilfsvorrichtung zum Wiegen des Referenz-Zuschnitteils und zum bereitlegen eines nach Figur 2 gewonnenen Harzmattenstapels,
Fig. 4 das am Handgelenk eines Industrie-Roboters angeordnete Schneidwerkzeug mit einem Kreissägeblatt, welches hochfrequente Drehoszillationsbewegungen ausführen, zum Zerschneiden der durch eine Glasplatte unterstützten Harzmattenbahn,
Fig. 5 eine vergrößerte Einzeldarstellung des Schneideingriffes des Kreissägeblattes in die unterstützte Harzmattenbahn und
Fig. 6 das Zuschneiden eines einlagigen Nutzzuschnittes vorbestimmten Gewichts aus einem Referenzzuschnitt wechselnden Flächengewichts als ein zweites Ausführungsbeispiel.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von SMC-Teilen sei kurz an Hand des Verfahrensschemas nach den Figuren 1 und 2 erläutert. Die SMC-Teilen werden aus faserhaltiger, reaktionsfähiger Harzmasse hergestellt, die in Form einer quasi-endlosen, zu einer Vorratsrolle 1 aufgewickelten Harzmattenbahn 22 als Vorprodukt bereitgestellt wird. Bei den in der Harzmattenbahn enthaltenen Fasern handelt es sich in der Regel um Glasfasern; bei höher beanspruchten SMC-Teilen können auch Carbonfasern oder Kev- larfasern integriert sein. Die Fasern sind geschnitten und haben eine Länge von etwa 1 bis 5 cm. Zur Aufrechterhaltung der Reaktionsfähigkeit des Kunstharzes in der Harzmattenbahn 22 ist diese beiderseits mit einer Schutzfolie 26 abgedeckt, die erst kurz vor der Verarbeitung der Harzmatte abgezogen und zu einem gesonderten Wickel 2 aufgerollt wird. Wie in Figur 2 deutlicher zu erkennen ist, wird die Schutzfolie über eine in der Nähe des Zuschneidetischs 3 befindliche Wendestange 12 entgegen der Verarbeitungsrichtung der Harzmatte zu dem Wickel 2 umgelenkt. Die Seitenränder der Harzmattenbahn sind für eine Weiterverarbeitung ungeeignet und müssen abgeschnitten werden. Die seitlichen Abfallstreifen 28 werden e- benfalls über Wendestangen 13 in Abfallbehälter 14 umgelenkt.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß bei Einsatz des weiter unten beschriebenen Schneidwerkzeuges ohne weiteres auch die noch mit einer anhaftenden Schutzfolie versehenen Harzmattenbahnen geschnitten werden können. Beispielsweise können die Randstreifen 28 (Figur 2) vor dem Abziehen der Schutzfolie 26 abgetrennt werden. In Sonderfällen mag es erwünscht sein, auch die Zuschnitteile mit Schutzfolie zuzuschneiden, um sie vor einer Weiterverarbeitung aufstapeln zu können und sie erst zu einem späteren Zeitpunkt weiter zu verarbeiten. Die an jedem der Zuschnitteile anhaftende Schutzfolie verhindert ohne weiteres ein Zusammenkleben der aufgestapelten oder in einer Schuppenformation abgelegten Zuschnitteile. Bisher waren in einem solchen Fall dazu stets gesonderte Folienblätter als Zwischenlage erforderlich, die extra Kosten verursachten. Allerdings handelt es sich beim Zuschneiden unter Einschluß der Schutzfolie um Sonderfälle, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung von dem Regelfall ausgegangen wird, bei dem die Schutzfolie vor dem Scheiden der Harzmattenbahn abgezogen und zusammenhängend aufgewickelt wird. Dies hat auch den Vorteil, daß leichter kontrolliert werden kann, ob sich die Schutzfolie vollständig von der Harzmattenbahn gelöst hat. An den Zuschnitteilen anhaftende Folienreste sind für den Weiterverarbeitungsprozeß und die Festigkeit des herzustellenden Preßteils sehr schädlich.
Auf dem mit einer sehr harten Auflage versehenen Zuschneide- tisch 3 wird der brauchbare Teil der Harzmattenbahn 22 zerlegt, wobei aus ihr verschiedene Zuschnitteile definierter Form und Größe herausgeschnittenen und diese zu einem mehrlagigen Harzmattenstapel bestimmter Lagenzahl und Lagenanordnung aufgestapelt werden. Die dabei anfallenden Verschnitteile, die nicht weiter verwendet werden können, werden in einen entsprechenden Abfallbehälter 4 abgeführt. Das Zuschneiden kann grundsätzlich manuell mit einem Scharfen Messer und Stahllineal erfolgen. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein mechanisiertes und automatisiertes Zuschneiden mittels eines Zuschneideroboters 5 vorgesehen, worüber weiter unten noch näher zu sprechen sein wird.
Auf einem gesonderten Wiege- und Stapelbildungsvorrichtung 6 - siehe auch Figur 3 - werden die durch den Roboters 5 auf dem Tisch 3 geschnitteten Zuschnitteile zu einem Harzmattenstapel 31 aufgestapelt, wobei die Zuschnitteile durch einen Handhabungsroboter 7 gehandhabt und bewegt werden, der seinerseits mit einem speziell für diese Aufgabe und dieses Substrat ausgebildeten Harzmattengreifer 27 ausgerüstet ist. Nachdem der Harzmattenstapel 31 in gehöriger Form für ein neues Werkstück gebildet worden ist, wird dieser durch den Handhabungsroboter lagedefiniert in ein beheiztes Formwerkzeug 35 der Formpresse 8 eingelegt.
Durch die Presse wird das Formwerkzeug bis zum Kontakt der formgebenden Oberfläche der Kavität mit dem eingelegten Harz- mattenstapel geschlossen und mit definierter, zunächst noch geringer Kraft im Schließsinn gespannt. Durch den Kontakt mit dem heißen Werkzeug erwärmt sich die Harzmasse und erweicht dadurch. Aufgrund der Schließkraft des Formwerkzeuges 35 beginnt die Harzmasse zu fließen und füllt dadurch die Kavität des sich mehr und mehr schließenden Formgebungswerkzeuges schließlich vollständig aus. Das Werkzeug wird anschließend mit erhöhter Kraft eine gewisse Zeit lang im Schließzustand gehalten, wobei die Harzmasse thermisch aushärtet. Nach Ablauf dieser Aushärtungszeit öffnet die Presse 8 das Werkzeug, wobei das fertige SMC-Teil in der unteren, ortsfesten Werkzeughälfte liegen bleibt. Durch einen mit einem Entnahmewerkzeug 29 versehenen Entnahmeroboter 9 kann das SMC-Teil aus der Presse entnommen und in einer Abkühlstation 11 abgelegt werden. Während die Zuschneide- und Handhabungsroboter 5 bzw. 7 einen neuen Harzmattenstapel vorbereiten, wird das geöffnete Formwerkzeug durch zwei Reinigungsroboter 10 gereinigt, so daß es zur Aufnahme eines neuen Harzmattenstapels bereit ist.
Das geschilderte Verfahren zur Herstellung der SMC-Teile erfordert es, daß die in das Formwerkzeug eingegebene Harzmasse sehr genau mit einem bestimmten Sollgewicht übereinstimmt. Und zwar muß die Kavität des Formwerkzeuges durch die eingebrachte Harzmasse einerseits vollständig ausgefüllt werden, andererseits darf nicht zu viel Harzmasse in der Kavität vorhanden sein, weil sich sonst das Werkzeug nicht vollständig schließen läßt und das geformte SMC-Teil nicht maßhaltig abgeformt wird. Außerdem quillt unnötig viel Harzmasse an der Teilungsfuge des Werkzeuges aus, was den Reinigungsvorgang erschwert. Andererseits weist die Harzmattenbahn 22 unzulässig hohe Schwankungen im Flächengewicht auf, die sich bei der Herstellung dieses Vorproduktes nicht vermeiden lassen. Um also das vorgeschriebene Sollgewicht zu erreichen, dürfen nicht von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus stets flächengleiche Zuschnitteile verwendet werden. Vielmehr bedarf es besonderer Anstrengungen, um in jedem Arbeitszyklus das Zielgewicht der einzugebenden Harzmasse genau zu erreichen.
Um trotz des schwankenden Flächengewichts der Harzmatten das für den einzulegenden Harzmattenstapel vorgeschriebene Sollgewicht für jeden Fertigungszyklus eines SMC-Teiles mit hoher Genauigkeit einhalten zu können, ohne die Form der einzelnen Zuschnitteile wesentlich zu verändern, sieht die vorliegende Erfindung ein besonderes Verfahren zum Zuschneiden der Zuschnitteile der Harzmatten vor. Dabei wird von der weitgehend zutreffenden Annahme ausgegangen, daß sich das Flächengewicht der Harzmattenbahn innerhalb eines Flächenbereiches, der für den Bedarf der Harzmasse eines SMC-Teiles erforderlich ist, nur vernachlässigbar wenig ändert.
Aufbauend auf dieser Erkenntnis werden die für den Harzmattenstapel 31 eines bestimmten SMC-Teils zu verwendenden Zuschnitteile 24, 25 nicht nur aus ein und derselben Harzmattenbahn 22, sondern auch in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander aus ihr herausgeschnitten. Außerdem wird ein besonderes Zuschnitteil, ein Referenz-Zuschnitteil 24 mit einer für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel stets gleichbleibenden Form und gleichem Flächeninhalt Fr zugeschnitten und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen und dessen tatsächliches Gewicht Gr,iSt ermittelt. Dadurch ist gewissermaßen das lokale, tatsächliche Flächengewicht der Harzmattenbahn bekannt. Außer aus dem flächenkonstanten Referenz- Zuschnitteil 24 besteht der erforderliche Harzmattenstapel aus weiteren, in der Fläche variabel gestalteten Zuschnitteilen 25. Diese können in ihrer Fläche gezielt so bemessen werden, daß das Gesamtgewicht des Harzmattenstapels auf das einzuhaltende Sollgewicht genau und in einem einzigen Zug hingetrimmt werden kann. Aus dem jeweiligen Gewicht Gr,iSt und dem Flächeninhalt Fr des Referenz-Zuschnitteils 24 sowie aus dem vorbestimmten, für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel 31 stets gleichbleibenden Gesamtgewicht Gg aller Zuschnitteile 24, 25 wird der gemeinsam einzuhaltende Flächeninhalt Fu der übrigen Zuschnitteile 25, die individuell zu dem gewogenen Referenz- Zuschnitteil 24 gehören, nach der Beziehung oder nach einer daraus abgeleiteten, im Prinzip gleichartigen Beziehung ermittelt. Mit dem Wissen um die Größe des Flächeninhaltes Fu der übrigen erforderlichen Zuschnitteile 25 können diese bezüglich ihres gemeinsamen Gewichtes zielgenau aus der Harzmattenbahn ausgeschnitten werden. Und zwar werden sie aus einem zu dem Referenz-Zuschnitteil 24 in der Harzmattenbahn 22 unmittelbar benachbart liegenden, nach Form und Größe passenden Flächenstück mit dem Flächeninhalt Fu herausgeschnitten. Der mit dem gewogenen, flächenkonstanten Referenz- Zuschnitteil 24 und mit den individuell im Flächeninhalt bemessenen, übrigen Zuschnitteilen 25 zusammengestellte Harzmattenstapel 31 weist ein Gesamtgewicht Gg auf, welches bis auf wenige Promille mit dem Sollgewicht übereinstimmt. Bei einer anmelderseitig durchgeführten Technikumerprobung der Erfindung konnte das vorgegebene Sollgewicht des Harzmattenstapels auf eine Streubreite von +0,3 % eingehalten werden. Der so gebildete, gewichtskonsztante Harzmattenstapel kann also ohne weiteres zur Weiterverarbeitung lagedefiniert in das aufnahmebereite Formwerkzeug 35 der Formpresse 8 eingelegt werden.
Die bei einer serienmäßigen Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten, laufenden Wiegungen von flächengleichen Referenzzuschnitten geben nebenbei auch noch eine zuverlässige Datenfülle bezüglich des Verlaufes des Flächengewichtes der Harzmattenbahn in Bahnlängsrichtung. Die generierte, sehr dichte Datenmenge kann in mehrerlei Hinsicht ausgewertet werden. Beispielsweise kann das Flächengewicht der Harzmattenbahn in Bahnlängsrichtung als Längsprofil, d.h. als Linienzug ausgedruckt werden, es kann das mittlere Flächengewicht, die Standartabweichung und die Maximalabweichung vom Mittelwert ermittelt werden. Diese Daten erlauben eine zuverlässige Qualitätskontrolle bzw. -Überwachung der angelieferten Harzmattennbahnen.
Wie bereits erwähnt, wird für jedes Werkstück das Gesamtgewicht Gg der Fasermatten als Sollgröße in einen rechnerischen Vorgang- eingegeben, aus dem dann werkstückindividuell und genau die Harzmattenteile zugeschnitten werden. Die Erfindung erlaubt es ohne weiteres, diese Sollgröße gegebenenfalls geringfügig zu ändern oder an neue Erkenntnisse oder Gegebenheiten anzupassen. Das Sollgewicht kann im Laufe einer Serienfertigung von einem Wert X auf einen Wert von z.B. X + 0,5 % oder beispielsweise auf einen Wert X - 1,3 % korrigiert werden. Mit der Eingabe des neuen Sollgewichts sind dann auch die tatsächlichen Gesamtgewichte der nach der Änderung hergestellten Harzmattenstapel entsprechend höher oder niedriger, und zwar ebenfalls mit der erwähnten Genauigkeit von ±0,3 %. Die Erfindung erlaubt daher eine feinfühlige und genaue Vorgabe des Gesamtgewichtes der in das Formwerkzeug 35 einzulegenden Harzmatten.
Nachdem die Harzmattenstapel auf einer Waage zusammengestellt werden, ist es ohne weiteres möglich, auch das tatsächliche Gesamtgewicht des fertigen Harzmattenstapels durch Wiegen exakt zu bestimmen und für jedes Werkstück festzuhalten. Dies erlaubt nicht nur eine Überwachung des erfindungsgemäßen Verfahrens des Einwiegens der Harzmattenbahnen. Sondern mit den werkstückindividuell festgehaltenen Ist-Gewichten der fertigen Harzmattenstapel stehen auch wesentliche Daten für eine Qualitätsüberwachung der Preßteilefertigung zur Verfügung. Aus der getroffenen und zulässigen Annahme, daß der Gradient des Flächengewichts innerhalb der Harzmattenbahn 22 nur gering ist, folgt, daß das Flächengewicht innerhalb des Flä- chenbadarfs für einen Harzmattenstapel mit hinreichender Genauigkeit konstant ist. Dies wiederum führt zu der Empfehlung, das Referenz-Zuschnitteil 24 und die übrigen Zuschnitteile 25 eines jeden Harzmattenstapels quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn nebeneinander aus der Harzmattenbahn herauszuschneiden, derart, daß der in Längsrichtung der Harzmattenbahn benötigte Platz möglichst gering ist.
Bei einem Harzmattenstapel, bei dem die übrigen Zuschnitteile 25 rechteckig und außerdem kongruent ausgebildet sind, wie dies beispielsweise bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, wird zweckmäßigerweise das eine Maß 1 der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile 25 für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel 31 unverändert gelassen, wogegen lediglich das quer dazu liegende Maß b der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile 25 für den aktuellen Harzmattenstapel individuell gemäß der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung bemessen wird. Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit sechs übrigen Zuschnitteilen 25 ist das unverändert Längsmaß l parallel und das individuell bemessene Breitenmaß b der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn 22 ausgerichtet. In dem hier geschilderten vereinfachten Fall kann die Breite b der übrigen Zuschnitteile 25 nach der Beziehung b = Fr. (Gg/Gr,iSt - 1) /l.n individuell festgelegt werden, wobei n die Anzahl der übrigen Zuschnitteile 25 bedeutet. Nachdem das tatsächliche Gewicht des Referenz-Zuschnitteils 24 auf der Waage 15 ermittelt worden ist, wird diese Größe in digitalisierter Form in die Steuerung bzw. das Bewegungsprogramm des Zuschneideroboters 5 selbsttätig eingegeben, der dann nach Maßgabe dieser Eingabe die übrigen Zuschnitteile 25 mit der individuellen Breite b aus der Harzmattenbahn 22 herausschneidet.
Der in Figur 2 erkennbare Platzbedarf für die dort gezeigten sieben Zuschnitteile 24 und 25 läßt sich nicht gleichmäßig über die Breite der Harzmattenbahn 22 verteilen. Im Bereich des Referenz-Zuschnitteils 24 wird in Bahnlängsrichtung lediglich ein Material vom Maß A, hingegen auf der gegenüberliegend Bahnseite Material vom wesentlich größeren Maß 2-1 verbraucht. Zum Ausgleich ist es zweckmäßig, beim nächstfolgenden Zuschnitt die Anordnung von Referenz-Zuschnitteil 24 und den übrigen Zuschnitteilen 25 seitenmäßig zu vertauschen, so daß sich rechts und links ein gleichmäßiger Verbrauch an Harzmatte ergibt. Dies muß allerdings bei der Programmierung des Bewegungsablaufes des Zuschneideroboters 5 entsprechend mit berücksichtigt werden.
Die nutzbare Breite der Harzmattenbahn 22 ist zumindest geringfügig größer als die Breite B des Referenz-Zuschnitteils 24 zuzüglich des Dreifachen der größten Breite b der übrigen Zuschnitteile 25. Dadurch ergibt sich in der Regel an dem einen Rand der Harzmattenbahn ein Randstreifen 30 als Zuschnittverlust, der in den Abfallbehälter 4 abgeführt wird. Lediglich im Extremfall eines äußerst geringen Flächengewichtes der Harzmattenbahn mag dieser Randstreifenverlust vernachlässigbar klein sein.
Der Vollständigkeit halber sei auch noch auf andere Möglichkeit hingewiesen, das Gewicht des Harzmattenstapels durch geeignete Flächenbemessung der übrigen Zuschnitteile auf den Gewichts-Sollwert in einem einzigen Zug hinzutrimmen. Die nachfolgend erwähnten Möglichkeiten hängen weitgehend von der Art und Form des herzustellenden SMC-Teiles und der damit zusammenhängenden Frage ab, in wie weit die Gestalt des Harzmattenstapels von Werkstück zu Werkstück variieren darf. Und zwar ist es denkbar, eine gewisse Anzahl, z.B. vier der übrigen Zuschnitteile 25 für jeden Harzmattenstapel ebenfalls flächengle'ich, d.h. mit konstanter Länge und mit stets gleich bleibender Breite aus der Harzmattenbahn herauszuschneiden und lediglich die restliche Anzahl, im Beispiel zwei, der übrigen Zuschnitteile 25 in der Breite individuell zu bemessen. Diese beiden individuell bemessenen Zuschnittteile 25 würden selbstverständlich in ihrem Breitenmaß b wesentlich stärker streuen, als wenn sich der Gewichtsausgleich auf sechs Zuschnitteile 25 gleichmäßig verteilen würde. Im Extremfall wäre es sogar möglich, nur eines der übrigen Zuschnitteile für einen solchen Gewichtsausgleich heranzuziehen, was im Fall eines zweilagigen Harzmattenstapels ohnehin nicht zu vermeiden wäre .
Bei dem in den Figuren 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der zu bildende Harzmattenstapel insgesamt aus sieben Zuschnitteilen, nämlich aus einem besonders großen Referenz-Zuschnitteil 24 und aus sechs wesentlich kleineren, übrigen Zuschnitteilen 25, die in zwei kleinen, nebeneinander liegenden Stapeln auf dem zuunterst liegenden Referenz- Zuschnitteil 24 aufgestapelt werden. Unabhängig von der Anordnung des Referenz-Zuschnitteils im zu bildenden Harzmattenstapel sollte jedoch ein möglichst großes Zuschnitteil für die Referenzbildung ausgewählt werden, so daß das ermittelte Gewicht auch zuverlässig repräsentativ für das Flächengewicht der Harzmattenbahn im Bereich des gerade in Arbeit befindlichen Bahnendes ist. Zweckmäßigerweise sollte das Referenz- Zuschnitteil eine Größe von etwa 20 bis 60 % der Gesamtfläche aller Zuschnitteile des Harzmattenstapels 31 aufweisen. Ist es zu klein, so repräsentiert das Gewicht und die Fläche nicht mit genügender Genauigkeit das lokale Flächengewicht. Ist hingegen das Referenz-Zuschnitteil zu groß, so kann es sein, daß der Gewichtsausgleich nicht in jedem Fall mit dem oder den relativ kleinen übrigen Zuschnitteilen gelingt, ohne sie im Extremfall eines sehr hohen Flächengewichts unzulässig stark zu beschneiden. In einem solchen Fall ist es dann besser, zumindest einen Teil des Überschusses an Mattengewicht an dem Referenz-Zuschnittteil selber weg zu nehmen. Hierauf soll weiter unten im Zusammenhang mit einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 noch einmal eingegangen werden.
Im Verfahrensablauf ist es selbstverständlich am günstigsten, wenn das im Harzmattenstapel 31 zuunterst liegende Zuschnitteil von der Größe her ausreicht, um es als Referenz- Zuschnitteil 24 auswählen zu können. Nach dem Wiegen des Referenz-Zuschnitteils sind dann keine weiteren Handhabungsvorgänge mit ihm nötig, d.h. die übrigen Zuschnitteile 25 können auf dem noch auf der Wiegplatte 16 der Waage 15 liegenden Referenz-Zuschnitteil zu dem Harzmattenstapel 31 aufgestapelt werden. Bei im Wesentlichen deckungsgleichen Zuschnitteilen wird man daher das unterste Zuschnitteil als Referenz- Zuschnitteil wählen und es stets flächengleich zuschneiden. Bei Stapeln mit z.B. fünf gleichen Harzmatten wären das etwa 20% des Gesamtgewichtes. Bei sechs und mehr Harzmatten in einem Stapel, ein sicher selten vorkommender Fall, wird man beispielsweise die beiden zuunterst liegenden Harzmatten gemeinsam als Referenz-Zuschnitteil wählen, sie stets flächengleich zuschneiden und gemeinsam wiegen.
Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Referenz-Zuschnitteil 24 beim Ablegen auf die Waage 15 nicht nur gewogen, sondern zugleich auch in bestimmter Weise vorgeformt, wie es später für das Einlegen des fertig gebildeten Harzmattenstapels 31 in das Formwerkzeug zweckmäßig ist. Zu diesem Zweck ist auf der Wiegeplatte 16 der Waage eine Stapelvorrichtung 17 befestigt, die ein gestuftes Vorformen des Referenz-Zuschnitteils durch den Handhabungsroboter und den Harzmattengreifer ermöglicht. Die übrigen Zuschnitteile 25 werden auf den unteren bzw. oberen Abschnitt des gestuft abgelegten Referenz-Zuschnitteils aufgestapelt.
Grundsätzlich ist die Erfindung auch in einem manuell betriebenen Verfahrensablauf umsetzbar, bei dem beispielsweise auch das Herausschneiden der Zuschnitteile mittels eines handgeführten Messers und Stahllineal auf einer Stahlunterlage erfolgt, und bei dem die Zuschnitteile manuell vom Werker gehandhabt werden. Diese Arbeitsweise ist gelegentlich auch heute noch in der Serienfertigung von SMC-Teilen anzutreffen. Das Referenz-Zuschnitteil 24 könnte relativ präzise unter Verwendung einer Schablone geschnitten werden. Auch für die übrigen Zuschnitteile 25 könnten Schablonen unterschiedlicher Form verwendet werden, wobei nach dem Wiegen des Referenz- Zuschnitteils selbsttätig ausgegeben wird, welche Schablone aus einem fein abgestuften Satz zu verwenden ist. Es ist auch das Zuschneiden unter Verwendung von Stanzwerkzeugen, wie sie beim Zuschneiden von Leder in einer Flachpresse eingesetzt werden, gegebenenfalls unterstützt durch Vibratoren, denkbar. Zum flächen-flexiblen Zuschneiden der übrigen Zuschnitteile mußte dann ein Satz von fein abgestuften Stanzwerkzeugen bereitgehalten werden. Je nach Rechenergebnis müßte ein individuell bestimmtes Stanzwerkzeug aus dem Vorrat ausgegeben und dieses auf die Harzmattenbahn zum Ausstanzen eines Zuschnit- teiles aufgelegt werden.
Ein manuelles Zuschneiden der Harzmatten birgt jedoch trotz aller Sorgfalt die Gefahr einer größeren Flächentoleranz und somit der Gewichtstoleranz in sich. Ganz abgesehen davon ist diese anstrengende Arbeiten in der unmittelbaren Umgebung von Ausdünstungen der Harzmattenbahnen auf Dauer nur mit Schutzmaske zulässig und daher doppelt anstrengend bzw. lästig. Um solche manuell bedingten Ungenauigkeiten und die anstrengende Arbeit zu vermeiden, wird empfohlen, sowohl das Referenz- Zuschnitteil 24 als auch die rechnerisch ermittelten Zuschneideflächen der Zuschnitteile 25 mittels eines robotergeführten Schneidwerkzeuges herauszuschneiden.
Als ein solches robotergeführtes Schneidwerkzeug könnte u.U. - ähnlich wie beim manuellen Zuschneiden - ein scharfes Messer mit austauschbarer Klinge verwendet werden, welches mit ziehendem Schnitt, d.h. im flachen Winkel, durch die Harzmatte hindurchbewegt wird, wobei allerdings überwacht werden müßte, daß sich keine Faserbündel an der Schneide einhängen, die einen sauberen Schnitt stören. Wegen dieser Problematik wird vorliegend für das automatisierte Zuschneiden der Zuschnitteile mittels Zuschneideroboter 5 als Schneidwerkzeug ein hochfrequent drehoszillierendes Kreissägeblatt 21 empfohlen, welches um eine stillstehende Mittelstellung herum kleine Drehhübe ausführt. Während des Zuschneidens ist die Harzmattenbahn 22 durch eine glatte, durchgehende sowie stoß- und fugenfreie Unterlage in Form einer dicken Glasplatte 23 unterstützt, die härter als die Schneidezähne des Kreissägeblattes ist.
Am Handgelenk 18 des Zuschneideroboters 5 ist über einen Haltewinkel ein Antriebsmotor 20 für das Kreissägeblatt 21 in einer solchen Position gehaltert, daß die Handgelenkachse 19 die Achse der Drehoszillationsbewegung des Kreissägeblattes kreuzt. Der Antriebsmotor versetzt das Kreissägeblatt über ein integriertes Hubgetriebe in Drehoszillationen mit etwa 20.000 Drehhüben je Minute. Das Schneidwerkzeug wird so entlang der gewünschten Schneidlinie geführt, daß der Umfang des Kreissägeblattes während des Schneidens die Glasplatte 23 mit geringer Kraft berührt. Die vom Kreissägeblatt ausgeführten, recht kleinen Drehoszillationshübe h sind zwar größer als die Zahnteilung t aber geringer oder geringfügig größer als die Stärke s der Harzmattenbahn 22. Das drehoszillierende Kreissägeblatt wirkt ähnlich wie eine Stichsäge, allerdings mit zwei grundsätzlichen Unterschieden. Zum einen handelt es sich um einen Kreisbahnhub des Sägewerkzeuges, welches tangential in das Schneidgut eintaucht und unterseitig nicht aus dem Schneidgut austaucht; die kreisbogenförmigen Schneidhübe sind unter einem sehr flachen Winkel zur Mattenebene orientiert. Zum anderen vermag das Schneidgut, selbst im lose aufliegenden Zustand, der hochfrequenten Oszillationsbewegung trägheitsbedingt nicht zu folgen, so daß auch die lose auf der Glasplatte aufliegende Harzmatte störungsfrei durchtrennt werden kann. Der Vorteil dieses Schneidwerkzeuges besteht nicht nur in einem störungfreien und verschleißarmen Arbeiten beim Zuschneiden von Harzmatten, sondern auch in der Möglichkeit, enge Kurvenschnitte präzise durchführen zu können.
Nachfolgend sei im Zusammenhang mit dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel noch kurz auf eine Verfahrensvariante bei der Serienfertigung von SMC-Teilen eingegangen, bei der ein im Prinzip einlagiger Nutzzuschnitt 33 einer Harzmatte 22' verwendet wird und dieser lagedefiniert in das beheizte Formwerkzeug einer Formpresse eingelegt wird. Der weitere Verfahrensablauf bei der SMC-Teile-Herstellung ist hierbei im Prinzip gleich wie weiter oben schon geschildert. Auch wenn in einem konkreten Fall auf den Nutzzuschnitt 33 lokal und lagedefiniert ein kleineres Zuschnitteil oder auch deren mehrere aufgelegt sein sollte, so soll auch dieser Fall in der nachfolgenden Schilderung und Empfehlung mit impliziert sein, obwohl dieses zusätzliche, kleineres Zuschnitteil nachfolgend nicht extra erwähnt wird.
Auch bei der Verwendung von im Prinzip einlagigen Nutzzuschnitten stets gleichen Gewichts Gn wird zunächst ein Referenz-Zuschnitt 32 mit einer für alle aufeinander folgenden SMC-Teile stets gleichbleibenden Form und Flächeninhalt Fr zugeschnitten und dieser nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen, wobei das jeweils vorliegende tatsächliche Gewicht Gr,ist ermittelt wird. Die Form und der Flächeninhalt Fr dieses Referenz-Zuschnitts sind so gewählt, daß letzterer in jedem Fall den Nutzzuschnitt an allen Seiten überragt. Selbst unter Annahme eines geringsten Flächengewichts der Harzmattenbahn 22' ist der Referenz-Zuschnitt ausreichend groß, um daraus den Nutzzuschnitt 33 mit dem vorgeschriebenen Gewicht Gn des Nutzzuschnitts 33 herausschneiden zu können. In jedem Fall fällt ein mehr oder weniger großes Abfallstück 34 beim Zurückschneiden des Referenz-Zuschnittes, d.h. bei Zuschneiden des Nutzzuschnitts 33 aus ihm an.
Bei dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für den Referenz-Zuschnitt 32 eine Rechteckform mit den Seitenlängen A' und B' gewählt, wobei das Breitenmaß B' der nutzbaren Breite der Harzmattenbahn 22' entspricht. Der Referenz- Zuschnitt kann dann durch einen quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn im Abstand A' zur bisherigen Endkante geführten, geradlinigen Schnitt zugeschnitten werden. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß der Flächeninhalt Fr aller Referenz-Zuschnitte mit einer Fehlerabweichung von sehr wenigen Promille untereinander gleich sind. Der zum Schneiden des Referenz-Zuschnitts 32 verwendete Zuschneidetisch 3' ist zugleich als Waage ausgebildet, d.h. die die Tischlatte bildende Glasplatte 23 ist zugleich die Wiegeplatte einer Waage. Zum Wiegen des freigeschnittenen Referenz-Zuschnitts muß das Ende der Harzmattenbahn 22' vom Zuschneidetisch 3' durch den Handhabungsroboter 7 oder durch eine andere, einfachere Hilfsvorrichtung vorübergehend abgehoben werden. Alternativ ist es auch möglich, die Wiegeplatte nur auf einen Teilbereich des Zuschneidetisches zu beschränken und die Waage zum Wiegen nur des Referenz-Zuschnittes so weit abzusenken, daß das Ende der Harzmattenbahn die Wiegeplatte nicht mehr berührt, weil es von der umgebenden Tischplatte gehalten ist.
Aus dem jeweiligen Gewicht Gr,iSt und dem Flächeninhalt Fr des Referenz-Zuschnitts 32 sowie aus dem vorbestimmten Gewicht Gn des Nutzzuschnitts 33 wird der Flächeninhalt Fa des flächenmäßigen Überschusses des Referenz-Zuschnitts 32 gegenüber dem Flächeninhalt Fn des Nutzzuschnitts 33, d.h. die flächenmäßige Größe des Abfallstückes 34, ermittelt. Hierfür wird die Beziehung Fa = Fr. (1 - Gn/Gr,ist) oder eine daraus abgeleitete, im Prinzip gleichartige Beziehung verwendet.
Nach Kenntnis des Flächeninhalts Fa des Abfallstückes 34 kann dieses Datum in geeigneter, z.B. digitalisierter Form für jedes Werkstück selbsttätig in die Steuerung des Zuschneideroboters 5 eingegeben werden. In der RoboterSteuerung ist eine fein abgestufte Schar von Bewegungslinien zum Führen eines gekrümmten Schnittes abgespeichrt, wobei jeder einzelnen Bewegungslinie eine bestimmte Fläche Fa zugeordnet ist. In Figur 6 sind drei dieser Schnittlinien angedeutet. Entsprechend der Ausgabe eines bestimmten Fa-Wertes wird in der Steuerung des Zuschneideroboters das dazu gehörige Bewegungsprogramm aktiviert und danach der Zuschneideroboter bewegt. Der außerhalb der tatsächlichen Schnittlinie liegende, schraffierte Bereich stellt das zu entfernende Abfallstück 34 dar. Ist der Referenz-Zuschnitt sehr schwer, so wird ein Abfallstück 34 mit einem großen Flächeninhalt Fa abgeschnitten, bei einem leichten Referenz-Zuschnitt ist es umgekehrt. In jedem Fall sind die abzuschneidenden Abfallstücke in ihrer Form ähnlich und in jedem Fall bleibt ein nach Form und Größe mit dem gewünschten Nutzzuschnitt 33 übereinstimmendes Flächenstück mit dem Gewicht Gn zurück, welches in das Formwerkzeug eingelegt werden kann.
Wichtig beim Verfahren nach Figur 6 ist, daß das Referenz-Zuschnitteil, wenn es durch Einsatz eines Industrieroboters zugeschnitten worden ist, nach dem zuschneiden nicht mehr bewegt wird, d.h. das Referenz-Zuschnitteil darf zum Wiegen nicht von der Unterlage, auf der es geschnitten wurde, herunter genommen oder bewegt werden, weil sonst der Bezug zum System des Zuschneideroboters verlorengeht. Dies ist auch der Grund dafür, daß der Zuschneidetisch zugleich als Waage bzw. als Wiegeplatte ausgebildet ist.
Es kann u.U. vorkommen, daß wegen einer lokalen Verdickung an einem Werkstück auf den Nutzzuschnitt lokal noch ein kleineres Zuschnitteil aufgelegt werden muß. Dieses zusätzliche Zuschnitteil bliebe bei dem bisher im Zusammenhang mit Figur 6 geschilderten Verfahren zur Gewichtskorrektur der einzubringenden Harzmasse durch flächenmäßig gezieltes Zurückschneiden des Referenzteiles 32 unberücksichtigt. Wenn dieses Zusatzteil stets flächengleich zugeschnitten würde, so ginge entsprechend seiner anteiligen Größe ein gewisser Fehler bei der Vorherbestimmung des Gesamtgewichtes mit ein. Um jedoch auch ein solches kleineres Zuschnitteil bei der Vorherbestimmung des einzuhaltenden Gesamtgewichtes mit erfassen zu können, müßte in der obigen Beziehung zur Ermittlung der Fläche Fa des Abfallstückes anstelle des in das Formwerkzeug einzulegenden Gesamtgewichts des Stapels gleichwohl nur das Gewicht des untersten Nutzzuschnitts eingegeben werden. Die Größe des nicht erfaßten weiteren Zuschnitteils müßte aus dem Abfallstück herausgeschnitten werden, wobei dieses Zuschnitteil bezüglich seines Flächeninhalts umgekehrt proportional zum ermittelten Flächengewicht des Referenz-Zuschnittes zuzuschneiden wäre .
Es sei der Vollständigkeit halber noch eine Abwandlung des Zuschneideverfahrens gemäß Figur 6 erwähnt, wobei hier ein formgleicher, in grober Näherung trapezförmiger Nutzzuschnitt 33 angenommen wird. Diese Verfahrensabwandlung kommt mit einem deutlich geringen Verschnitt aus. Und zwar müßten zum einen die in grober Näherung trapezförmigen Nutzzuschnitte so in die Harzmattennbahn hineingelegt werden, daß die beiden geradlinigen und zueinander parallelen Seitenkanten der Nutzzuschnitte parallel zu den Seitenkannten der Harzmattenbahn zu liegen kommen; der Zulauf der Harzmattenbahn wäre also in Figur 6 von der linken oder rechten Seite her vorzustellen. Die Breite der Harzmattenbahn müßte im übrigen so gewählt sein, daß sie mit dem entsprechenden Maß des größten, erforderlichen Nutzzuschnittes - der ist in Figur 6 in einer strichpunktierten Linie dargestellt - übereinstimmt; denkbar wäre es auch, parallel nebeneinander zwei Folgen von Referenzteilen auf der Harzmattenbahn anzuordnen. Zum anderen werden die in Bahnlängsrichtung aufeinander folgenden Nutzzuschnitte wechselweise seitenvertauscht aus der Harzmattenbahn herausgeschnitten, so daß stets die große, parallel zur Bahnlängsrichtung liegende Abmessung des einen Nutzzuschnittes mit der kleinen Abmessung des nächstfolgenden Nutzzuschnittes zusammen trifft.
Bei einer solchen Verfahrensvariante wird als Refererenz- zuschnitt ein bereits entsprechend der gewünschten Freiform geschnittener Zuschnitt verwendet, der so groß bemessen ist, daß er bei dem geringsten Flächengewicht der Harzmattenbahn, d.h. dem am unteren Ende des Streufeldbereiches liegenden Flächengewicht, bezüglich seines Flächeninhaltes gerade richtig ist und das erforderliche Soll-Gewicht hat. Durch vorübergehendes Abheben des Endes der Harzmattenbahn vom Zuschneidetisch, der zugleich Wiegeplatte ist, kann das tatsächliche Gewicht dieses Referenzteiles ermittelt werden, welches in der Regel gegenüber dem einzuhaltenden Sollgewicht zu hoch ist. Das Zuviel an Gewicht des aktuellen Referenzteiles wird - ähnlich wie im Zusammenhang mit Figur 6 bereits beschrieben - in eine neue Zuschneidekontur umgerechnet, von denen drei in Figur 6 durch unterschiedlich gezeichnete Linienzüge angedeutet sind. Durch einen mehr oder weniger breiten, zur Umrißform des Referenzteiles ähnlichen Randbeschnitt wird das Referenzteil im Gewicht gezielt reduziert und dadurch das Sollgewicht des Nutzzuschnittes 33 genau angesteuert. Neben dem formbedingten Verschnitt fällt dann lediglich noch ein relativ schmaler, gewichtsbedingter Randstreifen als Verschnitt an.
0O0,

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von gleichen SMC- Teilen aus faserhaltigen, reaktionsfähigen Harzmatten, bei dem für ein bestimmtes SMC-Teil aus ein und derselben, quasiendlosen Harzmattenbahn mehrere Zuschnitteile in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander herausgeschnittenen und zu einem mehrlagigen Harzmattenstapel bestimmter Lagenzahl aufgestapelt werden, welcher Harzmattenstapel nach lagedefiniertem Einlegen in ein beheiztes Formwerkzeug einer Formpresse durch Fließpressen der erwärmten Masse des Harzmattenstapels in dem sich schließenden Formwerkzeug zu dem SMC-Teil geformt, dieses anschließend in dem geschlossenen Formwerkzeug thermisch ausgehärtet und das fertig ausgehärtete SMC-Teil aus dem geöffneten Formwerkzeug entnommen wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Gemeinsamkeit folgender Merkmale : ein Zuschnitteil dieses Harzmattenstapels - nachfolgend Referenz-Zuschnitteil (24) genannt - wird mit einer für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) stets gleichbleibenden Form und Flächeninhalt (Fr) zugeschnitten und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen, aus dem jeweiligen Gewicht (Gr,ist) und dem Flächeninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitteils (24) sowie aus dem vorbestimmten, für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) stets gleichbleibenden Gesamtgewicht (Gg) aller Zuschnitteile (24, 25) wird der gemeinsam einzuhaltende Flächeninhalt (Fu) der übrigen Zuschnitteile (25) , die individuell zu dem gewogenen Referenz-Zuschnitteil (24) gehören, nach der Beziehung Fu = Fr. (Gg/Gr,ιst - 1) oder nach einer dar- aus abgeleiteten, im Prinzip gleichartigen Beziehung ermittelt, aus einem zu dem Referenz-Zuschnitteil (24) in der Harzmattenbahn (22) unmittelbar benachbart liegenden, nach Form und Größe passenden Flächenstück mit dem Flächeninhalt (Fu) werden dann die übrigen Zuschnitteile (25) des jeweiligen Harzmattenstapels (31) herausgeschnitten und aufgestapelt.
2. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von gleichen SMC- Teilen aus einem einlagigen Nutzzuschnitt einer faserhalti- gen, reaktionsfähigen Harzmatte, bei dem dieser Nutzzuschnitt aus einer quasi-endlosen Harzmattenbahn in definierter Form und von vorbestimmten Gewicht herausgeschnittenen und nach lagedefiniertem Einlegen in ein beheiztes Formwerkzeug einer Formpresse durch Fließpressen der erwärmten, faserhaltigen Harzmasse des Nutzzuschnitts in dem sich schließenden Formwerkzeug zu dem SMC-Teil geformt, dieses anschließend in dem geschlossenen Formwerkzeug thermisch ausgehärtet und das fertig ausgehärtete SMC-Teil aus dem geöffneten Formwerkzeug entnommen wird, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Gemeinsamkeit folgender Merkmale : zunächst wird ein Referenz-Zuschnitt (32) mit einer für alle aufeinander folgenden SMC-Teile stets gleichbleibenden Form und Flächeninhalt (Fr) zugeschnitten und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen, wobei Form und Flächeninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitts (32) so gewählt sind, daß der Referenz-Zuschnitt (32) selbst bei einem geringsten Flächengewicht der Harzmattenbahn (22') ausreichend groß ist, um daraus den Nutzzuschnitt (33) mit dem vorgeschriebenen Gewicht (Gn) des Nutzzuschnitts (33) herausschneiden zu können, aus dem jeweiligen Gewicht (Gr,iSt) und dem Flächeninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitts (32) sowie aus dem vorbestimmten, für alle aufeinander folgenden SMC-Teile stets gleich- bleibenden Gewicht (Gn) des Nutzzuschnitts (33) wird der Flächeninhalt (Fa) eines flächenmäßigen Überschusses des Referenz-Zuschnitts (32) gegenüber dem Flächeninhalt (Fn) des individuell aus dem gewogenen Referenz-Zuschnitt (32) zuzuschneidenden Nutzzuschnitts (33) nach der Beziehung
Fa = Fr. (1 - Gn/Gr,ist) oder nach einer daraus abgeleiteten, im Prinzip gleichartigen Beziehung ermittelt, vom Rand des Referenz-Zuschnitts (32) wird ein ein- oder mehrteiliges Abfallstück (34) mit einem bestimmten Flächeninhalt (Fa) in der Weise abgeschnitten, daß ein nach Form und Größe mit dem gewünschten Nutzzuschnitt (33) übereinstimmendes Flächenstück mit dem vorgeschriebenen Gewicht (Gn) zurückbleibt und dieses in das Formwerkzeug eingelegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß bei einem Harzmattenstapel (31) , bei dem die übrigen Zuschnitteile (25) rechteckig und außerdem zueinander kongruent ausgebildet sind, das eine Maß (l) der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile (25) für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) unverändert gelassen, wogegen das quer dazu liegende Maß (b) der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile (25) für den aktuelle Harzmattenstapel (31) individuell nach der Beziehung b = Fr. (Gg/Gr,ist - 1) /l.n bemessen wird, wobei n die Anzahl der übrigen Zuschnitteile (25) bedeutet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) unverändert gelassene Maß (l) der Rechteckseite parallel und das für den aktuelle Harzmattenstapel (31) individuell bemessene Maß (b) der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile (25) quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn (22) ausgerichtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß als Referenz-Zuschnitteil (24) ein solches Zuschnitteil des Harzmattenstapels (31) ausgewählt wird, welches eine Größe von etwa 20 bis 60 % der Gesamtfläche aller Zuschnitteile (24, 25) des Harzmattenstapels (31) aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß als Referenz-Zuschnitteil (24) das im Harzmattenstapel (31) zuunterst liegende Zuschnitteil ausgewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das Referenz-Zuschnitteil (24) und die übrigen Zuschnitteile (25) eines jeden Harzmattenstapels (31) quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn (22) nebeneinander aus der Harzmattenbahn (22) herausgeschnitten werden, derart, daß der in Längsrichtung der Harzmattenbahn (22) benötigte Platz möglichst gering ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das Zuschneiden der Zuschnitteile (24, 25; 32, 33, 34) durch ein robotergeführtes Schneidwerkzeug (21) erfolgt, wobei die Harzmattenbahn (22, 22') auf einer harten Unterlage aufliegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß das Zuschneiden der Zuschnitteile (24, 25; 32, 33, 34) durch ein Kreissägeblatt (21) als Schneidwerkzeug erfolgt, welches eine Drehoszillationsbewegung mit mehr als 15.000 Zyklen je Minute, vorzugsweise etwa 20.000 bis 30.000 Zyklen je Minute sowie Drehoszillationshübe (h) ausführt, die zwar größer als die Zahnteilung (t) aber geringer oder geringfügig größer als die Stärke (s) der Harzmattenbahn (22, 22') sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß beim Zuschneiden durch das drehoszillierende Kreissägeblatt (21) die Harzmattenbahn (22, 22') mittels einer glatten, durchgehenden sowie stoß- und fugenfreien Unterlage (23) unterstützt wird, die härter als die Schneidezähne des Kreissägeblattes (21) ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Harzmattenbahn (22, 22') beim Zuschneiden der Zuschnittteile (24, 25; 32, 33, 34) zuvor von etwaigen Abdeck- oder Schutzfolien (26) entkleidet worden ist.
. oOo .
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