EP2670584A1 - Method and arrangement for producing preforms - Google Patents
Method and arrangement for producing preformsInfo
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- EP2670584A1 EP2670584A1 EP12700986.8A EP12700986A EP2670584A1 EP 2670584 A1 EP2670584 A1 EP 2670584A1 EP 12700986 A EP12700986 A EP 12700986A EP 2670584 A1 EP2670584 A1 EP 2670584A1
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Definitions
- thermoplastic matrices The production of so-called preforms or preforms of fiber composite workpieces with thermoplastic matrices is known per se.
- blanks in predetermined shape and fiber direction are produced from the fiber-reinforced semifinished product such as films, webs, tapes, etc., and these blanks are deposited and positioned on a preforming tool by means of at least one automated transport means in an approximately exact position relative to one another and the filed
- Cutting device for producing blanks from fiber - reinforced semifinished products such as films, tapes, plates, etc. .
- Fig. 2 shows some embodiments of
- Fig. 9 shows schematically another
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Abstract
In a method for producing fiber-reinforced preforms with a thermoplastic matrix, first individual precuts (11, 25) are generated from fiber-reinforced semi-finished products such as films, panels, webs or ribbons, said precuts are transferred by means of automated transport means (13, 27) onto a storage area and then joined by means of spot welding to form preforms.
Description
VERFAHREN UND ANORDNUNG ZUR HERSTELLUNG VON VORFORMEN METHOD AND ARRANGEMENT FOR PREPARING FORMS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur The present invention relates to a method for
Herstellung von faserverstärkten Vorformlingen mit Production of fiber-reinforced preforms with
thermoplastischer Matrix gemäss dem Oberbegriff nach thermoplastic matrix according to the preamble
Anspruch 1, sowie eine Anordnung zum automatisierten Claim 1, and an arrangement for automated
Herstellen von faserverstärkten Vorformlingen . Manufacture of fiber-reinforced preforms.
Die Herstellung von sogenannten Vorformlingen oder Preforms von Faserverbundwerkstücken mit Thermoplast-Matrizen ist an sich bekannt. Zunächst werden aus Halbzeuge, wie The production of so-called preforms or preforms of fiber composite workpieces with thermoplastic matrices is known per se. First, from semi-finished products, such as
beispielsweise faserverstärkten Folien, Bändern, Platten etc. Zuschnitte mit der richtigen Form und For example, fiber-reinforced films, tapes, plates, etc. blanks with the correct shape and
Faserorientierung geschnitten und diese Zuschnitte werden anschliessend manuell auf entsprechenden Werkzeugen exakt positioniert und schliesslich durch kleine Schweisspunkte verbunden . Cut fiber orientation and these blanks are then accurately positioned manually on appropriate tools and finally connected by small welding points.
Diese bekannten manuell durchgeführten Verfahren zur These known manually performed methods for
Herstellung von Vorformlingen sind sehr zeitintensiv und für Serienproduktion kaum akzeptabel. Auch ist es wichtig, eine hohe Wiederholgenauigkeit der geometrischen Position der faserverstärkten Zuschnitte auf dem Vorformwerkzeug in den verschiedenen Lagen zu erreichen. Production of preforms is very time-consuming and hardly acceptable for mass production. It is also important to achieve a high repeatability of the geometric position of the fiber-reinforced blanks on the preform tool in the various layers.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Durchführung des beschriebenen Verfahrens zu beschleunigen. It is therefore an object of the present invention to accelerate the implementation of the described method.
Entsprechend vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Accordingly proposed is a method for
Herstellen von Vorformlingen, gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 1.
Vorgeschlagen wird, dass zunächst aus faserverstärktem Halbzeug wie Folien, Bändern, Platten, etc. die einzelnen Zuschnitte erzeugt werden und diese Zuschnitte mittels automatisierten Transportmitteln auf eine Ablage wie ein Vorformwerkzeug übertragen werden und mittels Production of preforms, according to the wording of claim 1. It is proposed that first of the fiber-reinforced semi-finished products such as films, tapes, plates, etc., the individual blanks are produced and these blanks are transmitted by automated means of transport on a shelf as a preform and using
Punktschweissen zu Vorformlingen zusammengefügt werden.Spot welding to preforms are joined together.
Gemäss einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass aus dem faserverstärkten Halbzeug wie Folien, Bahnen, Bändern, Platten, etc. Zuschnitte in vorgegebener Form und Faserrichtung erzeugt werden, diese Zuschnitte auf einem Vorformwerkzeug mittels mindestens einem automatisierten Transportmittel in annähernd genauer Position zueinander abgelegt und positioniert werden und die abgelegten According to an embodiment variant, it is proposed that blanks in predetermined shape and fiber direction are produced from the fiber-reinforced semifinished product such as films, webs, tapes, etc., and these blanks are deposited and positioned on a preforming tool by means of at least one automated transport means in an approximately exact position relative to one another and the filed
Zuschnitte durch Schweisspunkte miteinander verbunden werden. Blanks are connected by welding points.
Das Herstellen der Zuschnitte erfolgt mittels sogenannten Cuttern, durch Stanzen, mittels Schneid-Messern, etc. und gemäss einer Ausführungsvariante wird vorgeschlagen, dass das automatisierte Transportmittel ein oder mehrere Roboter sind, mindestens aufweisend ein Greiforgan zum Aufnehmen bzw. wieder Ablegen der erzeugten Zuschnitte. The blanks are produced by means of so-called cutters, by punching, by means of cutting knives, etc., and according to a variant embodiment, it is proposed that the automated means of transport be one or more robots, at least comprising a gripping member for picking up or putting down the blanks produced.
Gemäss einer weiteren Ausführungsvariante ist es möglich, mindestens ein Zwischenlager vorzusehen, zum Zwischenlagern der Zuschnitte. Beim Zwischenlager kann es sich According to a further embodiment variant, it is possible to provide at least one intermediate storage for temporarily storing the blanks. The intermediate storage may be
beispielsweise um ein vertikal automatisiertes Umlaufregal handeln, wobei die Zuschnitte in schubladenartigen For example, to act a vertically automated circulation rack, the blanks in drawer-like
Unterlagen abgelegt werden, entweder auf einer Unterlage gleichartige Zuschnitte oder auf einer Unterlage sämtliche
Zuschnitte, vorgesehen für das Herstellen eines Vorformlings . Documents are stored, either on a base similar blanks or on a pad all Blanks intended for making a preform.
Bei den automatisierten Transportmitteln kann es sich beispielsweise um Roboter handeln, mit einem oder mehreren Knickarmen, wobei der Knickarm der Roboter Greifer aufweist mit verstellbaren Saugnäpfen und gegebenenfalls einem oder mehreren Ultraschallschweissmodulen . The automated means of transport can be, for example, robots with one or more articulated arms, the articulated arm of the robots having grippers with adjustable suction cups and possibly one or more ultrasonic welding modules.
Weitere Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Further variants of the inventive
Verfahrens sind in abhängigen Ansprüchen charakterisiert.Methods are characterized in dependent claims.
Das erfindungsgemäss beschriebene Verfahren ist The method described according to the invention is
insbesondere geeignet zur Herstellung von especially suitable for the production of
rotationssymetrischen oder quasi rotationssymetrischen Vorformen wie: rotationally symmetric or quasi rotationally symmetric preforms such as:
- Ovale, rechteckige, sechskantige Rohrformen, konische - Oval, rectangular, hexagonal tube shapes, conical
Rohrformen (offen oder geschlossen) Tube shapes (open or closed)
- Rohrformen mit variierender Wandstärke - Tube shapes with varying wall thickness
- Bolzenbefestigungen, die eine Wandverstärkung benötigen - Bolt fixtures that require wall reinforcement
- verzweigte Rohrformen - branched pipe shapes
- krumme Rohrformen - crooked pipe shapes
- 2D-Bauteile wie bspw. Türmodul, Querträger oder dgl . - 2D components such as. Door module, cross member or the like.
- usw. - etc.
Als Beispiel zu nennen hierzu sei die Herstellung einer Radfelge . To give an example, this is the production of a wheel rim.
Weiter vorgeschlagen wird eine Anordnung zum Further proposed is an arrangement for
automatisierten Herstellen von faserverstärkten automated manufacturing of fiber reinforced
Vorformlingen gemäss dem Wortlaut nach Anspruch 7.
Die Anordnung weist mindestens eine zweidimensionale Preforms according to the wording of claim 7. The arrangement has at least one two-dimensional
Schneidevorrichtung auf zur Erzeugung von Zuschnitten aus faserverstärktem Halbzeug wie Folien, Bänder, Platten, etc . , Cutting device for producing blanks from fiber - reinforced semifinished products such as films, tapes, plates, etc. .
mindestens ein automatisiertes Transportmittel zum at least one automated means of transport for
Aufnehmen der Zuschnitte und gegebenenfalls Ablegen auf ein Vorformlingwerkzeug und ein Vorformlingwerkzeug auf welchem die Zuschnitte ablegbar sind, welches dergestalt ist, dass nach Herstellung des Vorformlings das Werkzeug ausformbar ist . Picking up the blanks and optionally depositing on a preforming tool and a preforming tool on which the blanks are deposited, which is such that after production of the preform, the tool is deformable.
Weitere Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Further variants of the inventive
Anordnung sind in abhängigen Ansprüchen charakterisiert.Arrangements are characterized in dependent claims.
Die Erfindung wird nun beispielsweise und unter Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. The invention will now be explained in more detail by way of example and with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 schematisch eine mögliche Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens in drei Phasen - Schneiden, Zwischenlagern und Verlegen der Fig. 1 shows schematically a possible embodiment of the inventive method in three phases - cutting, interim storage and laying the
faserverstärkten Zuschnitte fiber-reinforced blanks
Fig. 2 einige Ausführungsbeispiele von Fig. 2 shows some embodiments of
faserverstärkten Zuschnitten, fiber-reinforced blanks,
Fig. 3 ausschnittsweise aus Figur 1 die Phase des Schneidens von Zuschnitten aus Halbzeugrollen, 3 shows a detail of the phase of cutting blanks from semi-finished rolls, FIG.
Fig. 4 ausschnittsweise aus Figur 1 und schematisch das Übertragen der Zuschnitte in ein Zwischenlager und anschliessend das Entnehmen der Zuschnitte mittels einem Roboter
Fig. 5 schematisch ausschnittsweise aus Figur 1 das Übertragen der Zuschnitte vom Zwischenlager zum Fig. 4 in fragmentary form of Figure 1 and schematically the transfer of the blanks in an intermediate storage and then the removal of the blanks by means of a robot Fig. 5 shows a schematic detail of Figure 1, the transferring the blanks from the intermediate storage for
Vorformwerkzeug und das Erzeugen des Vorformlings mittels Punktschweissen, Preforming tool and producing the preform by spot welding,
Fig. 6a und 6b eine mögliche Ausführungsvariante des Vorformwerkzeuges in Seitenansicht und im Querschnitt, anhand eines sogenannten Revolverrotationssystems, 6a and 6b a possible embodiment of the preforming tool in side view and in cross section, using a so-called turret rotation system,
Fig. 7 schematisch im Querschnitt ein Vorformwerkzeug zur Erzeugung eines Felgenvorformlings für Fig. 7 shows schematically in cross section a preforming tool for producing a rim preform for
Kraftfahrzeuge motor vehicles
Fig. 8 schematisch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens ohne die Verwendung eines Zwischenlagers, und Fig. 8 shows schematically a further embodiment of the inventive method without the use of an intermediate storage, and
Fig. 9 schematisch wiederum eine weitere Fig. 9 shows schematically another
Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens zur parallelen Erzeugung von zwei 2-dimensionalen Vorformen . Embodiment of the inventive method for the parallel production of two 2-dimensional preforms.
Figur 1 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsvariante des Verfahrens in drei Phasen, nämlich Schneiden von Figure 1 shows schematically a possible embodiment of the method in three phases, namely cutting of
Halbzeugrollen, Lagerung von faserverstärkten Zuschnitten sowie schliesslich Verlegen und Schweissen der Semi - finished rolls, storage of fiber - reinforced blanks and finally laying and welding of the
Vorformlinge . Preforms.
In Phase I, wie insbesondere auch in Figur 3 dargestellt, startet der Prozess auf einer beispielsweise In phase I, as shown in particular in Figure 3, the process starts on an example
zweidimensionalen Schneidemaschine (Cutter) 9, wo two-dimensional cutting machine (cutter) 9, where
beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Zuschnitte (KFZ) 11 aus einem oder mehrerer Kohlefaserbänder for example, carbon fiber reinforced blanks (KFZ) 11 of one or more carbon fiber ribbons
(Halbzeugrollen) 7 ausgeschnitten werden. Um den Prozess zu
beschleunigen gibt es die Möglichkeit, ein zusätzliches Schneidewerkzeugmodul auf dem Cutter 9 zu montierten. Die geschnittenen KFZ werden mit einem Roboter 13 nach Form sortiert und in einem Zwischenlager 23 abgelegt (Phase II) Die Wahl des Roboters 13 beruht auf dem Bewegungsbedarf zwischen Schneidmaschine 9 und Zwischenlager 23, was beispielsweise auf 2D lineare Bewegungen und einen Z-Hub hinweist. Deswegen hat sich die Auswahl auf beispielsweise zwei unterschiedliche Robotermodelle verkleinert wie Scara oder Portal-Roboter. Wenn beispielsweise das Scara-Modell ausgewählt wird, wird es auf eine Lauf orrichtung mit quer angeordneter Verfahrachse 17 montiert um die Beweglichkeit und Reichweite zu erhöhen. (Semi-finished rolls) 7 are cut out. To the process too There is the possibility to mount an additional cutting tool module on the cutter 9. The cut car are sorted by a robot 13 to shape and placed in an intermediate storage 23 (Phase II) The choice of the robot 13 is based on the movement requirement between cutting machine 9 and intermediate storage 23, which indicates, for example, 2D linear movements and a Z-stroke. That's why the selection has been reduced to, for example, two different robot models, such as Scara or Portal robots. For example, if the Scara model is selected, it is mounted on a running device with transverse track 17 in order to increase the mobility and range.
In Figur 2 sind einige Beispiele von möglichen Zuschnitten IIa bis lle dargestellt, welche mittels dem Cutter resp. der Schneidmaschine 9 aus den Halbzeugrollen 7 In Figure 2, some examples of possible blanks IIa to llle are shown, which by means of the cutter, respectively. the cutting machine 9 from the semi-finished rolls. 7
ausgeschnitten werden können. Dabei handelt es sich nur um eine Auswahl und den möglichen Zuschnittformen sind keine Grenzen gesetzt. Selbstverständlich können auch durch Verwendung von Halbzeugrollen mit unterschiedlicher Dicke entsprechend unterschiedlich dicke Zuschnitte erzeugt werden. Anstelle von Halbzeugrollen können auch Bänder ode Platten verwendet werden, welche unterschiedliche Dicken aufweisen . can be cut out. This is just a selection and the possible cutting forms are no limits. Of course, it is also possible to produce differently thick blanks by using semi-finished rolls of different thickness. Instead of semi-finished rolls and bands ode plates can be used, which have different thicknesses.
Wie bereits erwähnt werden die KFZ mit dem Cutter 9 aus de Halbzeugrollen oder -platten etc. geschnitten, dann werden sie mit einem Förderband vom Cutter weiter geschoben, bis ein Roboter 13 sie mit einem Greifer 15 aufnimmt. Die Aufnahme bzw. Pick-Koordinaten werden aus der
Schneidmaschine direkt an einen Robotercontroller As already mentioned, the vehicles are cut with the cutter 9 from the semifinished rolls or plates, etc., then they are pushed further by the cutter with a conveyor belt until a robot 13 receives them with a gripper 15. The recording or picking coordinates are taken from the Cutting machine directly to a robot controller
weitergegeben . passed on.
In der zweiten Phase gemäss Figur 4 bekommt der In the second phase according to Figure 4 gets the
Robotercontroller die Position der Ablageplätze 19 im Robot controller the position of the storage spaces 19 in
Zwischenlager aus einer Lagersteuerung mitgeteilt, so dass er die KFZ 21 an den gewünschten Stellen ablegen kann. Das Zwischenlager kann ein vertikales automatisiertes Interim storage communicated from a warehouse control, so that he can store the car 21 at the desired locations. The intermediate storage can be a vertical automated
Umlaufregal sein (zB. mit Paternoster-System). Diese Lösung bietet eine gute Platzausnutzung in der Zelle, wo Circulating rack (eg with paternoster system). This solution provides good space utilization in the cell where
beispielsweise Schubladen 19 gestapelt werden können. Die unterschiedlichen KFZ-Formen 21 können in vorgeschnittenen Blisterformen mit rechteckigen Aussengeometrien eingesetzt werden. In diesem Fall ist das Ablegen und Picken von KFZ wesentlich erleichtert, aufgrund der gleichen Pick- Position. Das Zwischenlager 23 wird mit einer Steuerung versehen, um die Rollbewegung der Schubladen und die For example, drawers 19 can be stacked. The different vehicle molds 21 can be used in pre-cut blister molds with rectangular outer geometries. In this case, the depositing and pecking of vehicles is much easier, due to the same picking position. The intermediate bearing 23 is provided with a control to the rolling movement of the drawers and the
Position der KFZ usw. zu kontrollieren. Für das Picken der KFZ vom Cutter wird auf dem Roboter ein Greifer 15 Check the position of the car, etc. For picking the car from the cutter, a gripper 15 on the robot
angebracht, der beispielsweise mit verstellbaren Saugnäpfen ausgerüstet ist. attached, which is equipped for example with adjustable Saugnäpfen.
Wie insbesondere in Figur 4 schematisch dargestellt, werden vom ersten Roboter 13 die KFZ 21 im Zwischenlager 23 beispielsweise in Position 19 abgelegt. Auf der As shown schematically in particular in FIG. 4, the first robot 13 stores the motor vehicle 21 in the intermediate storage 23, for example in position 19. On the
gegenüberliegenden Seite des Zwischenlagers 23 werden die KFZ mittels einem weiteren Roboter 27 entnommen. opposite side of the intermediate bearing 23, the vehicle are removed by means of another robot 27.
Schematisch dargestellt ist der wiederentnehmbare KFZ in der gegenüberliegenden Position 25. Schematically illustrated is the wiederentnehmbare car in the opposite position 25th
Die dritte Phase beginnt mit einem oder mehreren The third phase begins with one or more
Knickarmrobotern 27, welche die einzelnen KFZ 25 vom
Zwischenlager zum Preformwerkzeug 39 bringen und in der korrekten Ausrichtung durch Schweissen auf dem Werkzeug bzw. auf die unterliegenden Lagen befestigt, wie Knickarmrobotern 27, which the individual vehicle 25 from Bring intermediate bearing to Preformwerkzeug 39 and secured in the correct orientation by welding on the tool or on the underlying layers, such as
schematisch in Figur 5 dargestellt. Der Robotercontroller erfährt die Position der jeweiligen KFZ 25 im Zwischenlager 23 aus der Lagersteuerung. Die Positionierung der KFZ erfolgt bevorzugt dreidimensional und auch wird die simultane Bewegung von einem auf einer Linearachse 31 befestigten beispielsweise sechsachsigen Roboter schematically shown in Figure 5. The robot controller learns the position of the respective motor vehicle 25 in the intermediate bearing 23 from the bearing control. The positioning of the vehicle is preferably carried out in three dimensions, and also the simultaneous movement of a robot mounted on a linear axis 31, for example six-axis robot
durchgeführt. Auch in diesem Fall werden für das Picken der KFZ auf den beiden Knickarmrobotern Greifer 29 angebracht, welche mit verstellbaren Saugnäpfen und einem oder mehreren Ultraschall-Schweissmodulen ausgerüstet sind. Die beiden Roboter 27 können zusammenarbeiten oder unabhängig sein. Eine Möglichkeit ist, dass der erste Roboter die Zuschnitte auf das Preformwerkzeug bringt, wie schematisch in Figur 5 dargestellt und der zweite sie zusammenschweisst, oder dass die beiden Roboter denselben Prozess individuell machen. Auch hier können die Roboter auf einer Laufschiene 31 montiert werden, um ihre Beweglichkeit zu verbessern. Das in Figur 5 und ebenfalls unter Bezug auf Figur 6 carried out. Also in this case, grippers 29 are mounted for picking the vehicle on the two articulated robots, which are equipped with adjustable suction cups and one or more ultrasonic welding modules. The two robots 27 can work together or be independent. One possibility is that the first robot brings the blanks onto the preforming tool, as shown schematically in FIG. 5 and the second welds them together, or that the two robots make the same process individually. Again, the robots can be mounted on a track 31 to improve their mobility. That in FIG. 5 and also with reference to FIG. 6
dargestellte beispielsweise Vorformwerkzeug 39 ist auf einer rotierenden Achse 47 befestigt, so dass eine For example, shown preforming tool 39 is mounted on a rotating shaft 47 so that a
Positionierung in einem bestimmten Winkel möglich ist, derart, dass die Befestigungslage der KFZ jeweils auf der oberen Werkzeugoberfläche angeordnet ist. Diese Achse 47 wird als achte Bewegungsachse des Roboters gesteuert. Eine weitere Variante wäre, das Preformwerkzeug auf einem weiteren Knickarm-Roboter zu montieren.
Die unter Bezug auf Figur 5 und 6 dargestellte beispielsweise Vorformwerkzeug-Anordnung 37, aufweisend ein sogenanntes Revolverrotationssystem ist zweigeteilt; beide (identischen) Teile bestehen aus einem oder mehrerer Positioning at a certain angle is possible, such that the mounting position of the vehicle is arranged in each case on the upper tool surface. This axis 47 is controlled as the eighth movement axis of the robot. Another variant would be to mount the preforming tool on another articulated arm robot. For example, the preform tool assembly 37 illustrated with reference to FIGS. 5 and 6, comprising a so-called turret rotation system, is divided into two parts; both (identical) parts consist of one or more
Einzelvorformwerkzeuge 39, die in Serie montiert werden können. Während die eine Seite in Bearbeitung ist, Single preforming tools 39, which can be mounted in series. While one page is in progress,
dargestellt in den Figuren 5 und 6 als Position A, kann die andere (Position B) entladen werden um die Vorform vom Werkzeug zu entfernen und wieder beladen zu werden. Die Rotation der beiden Vorformwerkzeuganordnungen erfolgt mittels einem um die Achse 45 rotierbaren Verbindungselement 43, welches seinerseits von einem Standelement 41 gehalten ist. Die Anzahl der verwendeten shown in Figures 5 and 6 as position A, the other (position B) can be unloaded to remove the preform from the tool and to be loaded again. The rotation of the two Vorformwerkzeuganordnungen carried by means of a rotatable about the axis 45 connecting element 43, which in turn is held by a stand member 41. The number of used
Einzelvorformwerkzeuge hängt von der Schneidstrategie ab; wenn KFZ für mehrere Werkzeuge wie beispielsweise für die Herstellung von Felgen auf einmal geschnitten werden, werden mehrere einzeln Vorformwerkzeuge zusammen in Serie montiert. So zeigt beispielsweise Figur 5 Anordnungen von Vorformwerkzeugen, welche je 5 Werkzeuge aufweisen. In Figur 6 ist die Anordnung bzw. das Revolverrotationssystem in Figur a in Seitenansicht und in Figur b im Querschnitt dargestellt. Die Drehung der beiden Single preforming tools depends on the cutting strategy; When automobiles are cut at one go for multiple tools, such as rims, multiple individual preform tools are assembled together in series. For example, Figure 5 shows arrangements of Vorformwerkzeugen, each having 5 tools. In FIG. 6, the arrangement or the revolver rotation system is shown in a side view in FIG. The rotation of the two
Vorformwerkzeuganordnungen wird mittels dem Revolverrotationssystem 37 erreicht. Der ganze Prozess ist Preform tooling arrangements are achieved by means of the turret rotation system 37. The whole process is
vollständig durch Kontrollsoftware gesteuert. Die completely controlled by control software. The
Schneidgeometrie wird für jeden KFZ vorgerechnet und an den Schneidmaschinencontroller weitergegeben. Die Cutting geometry is calculated for each vehicle and passed on to the cutting machine controller. The
Schnittposition auf dem Band wird auch vorgerechnet und mit Optimierungsalgorithmen für maximale Materialausnutzung bestimmt .
Figur 7 zeigt anhand des Beispieles eines Cutting position on the tape is also pre-calculated and determined with optimization algorithms for maximum material utilization. Figure 7 shows the example of a
Autofelgenwerkzeuges 39, wie ein Vorformwerkzeug Zwecks Vorformentfernung vom Werkzeug geöffnet werden kann. Das Werkzeug 39 ist zweigeteilt und entlang der gestrichelten Linie 51 trennbar. Für das Ausformen des Vorformlings wird das Preformwerkzeug 39 entlang der gestrichelten Linie 51 getrennt und so können die beiden Teile 53 und 55 aus dem Vorformling (nicht dargestellt) je seitlich entfernt werden . Car Wheel Tool 39 How a preform tool can be opened by the tool for preform removal. The tool 39 is divided into two and separable along the dashed line 51. For preforming of the preform, the preforming tool 39 is separated along the dashed line 51 and so the two parts 53 and 55 can each be removed laterally from the preform (not shown).
Figur 8 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens, lediglich aufweisend nur zwei Phasen. Im Gegensatz zur Darstellung in Figur 1 wird kein Zwischenlager verwendet. Somit ist beispielsweise ein zusätzliches Schneidwerkzeug auf dem Cutter nicht unbedingt nötig. Es kann auch möglich sein, dass nur eine FIG. 8 schematically shows a further embodiment variant of the method according to the invention, having only two phases. In contrast to the illustration in Figure 1, no intermediate storage is used. Thus, for example, an additional cutting tool on the cutter is not necessary. It may also be possible that only one
Halbzeugrolle 7 verwendet wird. Der Knickarmroboter 13 nimmt mit einem Greifer 15, ausgestattet mit Saugnäpfen und Ultraschallschweisskopf die Zuschnitte 11 vom Förderband und bringt sie direkt auf das Vorformwerkzeug 39 für den Schweissprozess . Das auf einer rotierenden Achse 47 befestigte Vorformwerkzeug 39 wird auf einem bestimmten Winkel positioniert, so dass die Befestigungslage der KFZ sich auf der oberen Werkzeugoberfläche befindet. Diese Achse 47 wird als siebte Bewegungsachse des Roboters gesteuert . Semi-finished roll 7 is used. The articulated robot 13 takes with a gripper 15, equipped with suction cups and ultrasonic welding head, the blanks 11 from the conveyor belt and brings them directly to the preforming tool 39 for the welding process. The preforming tool 39 mounted on a rotating axle 47 is positioned at a certain angle such that the mounting position of the automobile is on the upper tool surface. This axis 47 is controlled as the seventh movement axis of the robot.
Figur 9 schliesslich zeigt wiederum eine weitere Finally, FIG. 9 shows another one
Ausführungsvariante des erfindungsgemässen Verfahrens für die Herstellung von anders gearteten Vorformlinge . In der Anlage, dargestellt in Figur 9, werden parallel
nebeneinander zwei unterschiedliche Vorformlinge hergestellt, und zwar in der linken Bahn ausgehend von sogenannten unidirektionalen Bändern 4 welche von Rollen 2 auf einem Revolverlager einer Schlagschere 6 zugeführt werden. Auf der rechten Seite werden als Halbzeug GMT Embodiment of the inventive method for the production of different types of preforms. In the plant, shown in Figure 9, are parallel produced side by side two different preforms, in the left lane, starting from so-called unidirectional bands 4 which are fed by rollers 2 on a revolver bearing a shearing shear 6. On the right side are used as semifinished GMT
Platten 7 verwendet, welche in einer Stanzmaschine 8 geschnitten werden. Die Weiterförderung erfolgt je auf einem Förderband 12, wobei die Zuschnitte 11 analog den vorangehend beschriebenen Verfahren mittels beispielsweise Scara-Robotern 13, angeordnet auf einer Linearachse 17 in einer 2. Phase (3) einem automatisierten Umlaufregal 23 zugeführt werden. In der Zuführzone sind Zuschnitte 21 abgelegt und auf der gegenüberliegenden Seite liegen Used plates 7, which are cut in a punching machine 8. The further promotion takes place each on a conveyor belt 12, wherein the blanks 11 analogously to the previously described method by means of, for example, scara robots 13, arranged on a linear axis 17 in a second phase (3) an automated circulation rack 23 are supplied. In the feed zone blanks 21 are stored and lie on the opposite side
Zuschnitte 25 bereit für das Übertragen auf eine Unterlage zum Erstellen des letztendlichen Vorformlings . Die Blanks 25 ready for transfer to a backing for making the final preform. The
Zuschnitte sind in der Darstellung gemäss Figur 9 Blanks are in the illustration according to FIG. 9
beispielsweise entweder rechteckig oder trapezoidal. for example, either rectangular or trapezoidal.
Selbstverständlich können diese auch gebogen sein. Je nach Plattendicke oder Dicke des Bandes weisen die Zuschnitte unterschiedliche Dicke auf. Je dicker beispielsweise das UD-Band, desto weniger Zuschnitte müssen verwendet werden und dadurch wird die Legezeit verkürzt. Of course, these can also be bent. Depending on the plate thickness or thickness of the band, the blanks have different thickness. For example, the thicker the UD tape, the fewer blanks need to be used, and this shortens the lay time.
Auch bei den GMT-Platten verschiedener Grösse kann mit einem Verschnitt von ca. 2,5% gerechnet werden. Even with the GMT plates of different sizes can be expected with a blend of about 2.5%.
Die im Zwischenlager abgelegten Zuschnitte werden The blanks stored in the interim storage are
schliesslich mittels zwei nebeneinander angeordneten finally by means of two juxtaposed
Parallelrobotern 61 auf je einem Preformingtisch 62 abgelegt, aufweisend je einen Schweissplotter 63, wobei das Verschweissen schliesslich mittels je einem Schweisskopf 65
erfolgt. Der Preformingtisch stellt das Preform-Werkzeug dar und ist als Plotter ausgebildet und übernimmt die Placed parallel robots 61 on each one Preformingtisch 62, each having a welding plotter 63, wherein the welding finally by means of a respective welding head 65th he follows. The preforming table represents the preform tool and is designed as a plotter and takes over the
Aufgabe des Festhaltens und des Anschweissens Task of clinging and welding
(beispielsweise ültraschlallschweissen) der Zuschnitte.(For example, ültraschlallschweissen) of the blanks.
Bei den in den Figuren 1 bis 9 dargestellten In the illustrated in Figures 1 to 9
Bewegungsabläufen und Anordnungen handelt es sich Movements and arrangements are concerned
selbstverständlich nur um Beispiele welche geeignet sind, die vorliegende Erfindung besser zu erläutern. Of course, only examples that are suitable to explain the present invention better.
Selbstverständlich ist es möglich, einen oder mehrere Of course it is possible one or more
Roboter vorzusehen, die Zuschnitte aus einem oder mehrerer Halbzeugrollen, Platten, Bänder, oder dergleichen Provide robot, the blanks of one or more semi-finished rolls, plates, belts, or the like
ausschneiden, mehrere Schneidelemente am Cutter vorzusehen, etc. etc.. Auch ist es möglich, falls vorgesehen, dass Zwischenlager unterschiedlich auszubilden bzw. die cut, provide several cutting elements on the cutter, etc., etc. Also, it is possible, if provided, that form interim storage differently or
zwischengelagerten Zuschnitte unterschiedlich organisiert abzulegen . stored intermediate blanks differently organized.
Auch für das Anordnen der Zuschnitte schliesslich auf einem oder mehrerer Preformwerkzeuge können ein oder mehrere Roboter unterschiedlicher Bauart vorgesehen sein, können ein oder mehrere Werkzeuge vorgesehen sein, etc. etc. Auch ist das erfindungsgemässe Verfahren keinesfalls auf kohlenstofffaserverstärkte Materialen beschränkt, auch können andere Verstärkungsmaterialien wie Glasfasern, Aramidfasern, PE-Fasern, Basaltfasern, etc. verwendet werden. Also, for arranging the blanks finally on one or more preforming tools, one or more robots of different design may be provided, one or more tools may be provided, etc. etc. Also, the inventive method is by no means limited to carbon fiber reinforced materials, also other reinforcing materials such as Glass fibers, aramid fibers, PE fibers, basalt fibers, etc. can be used.
Der Faseranteil im Halbzeug kann beliebig entsprechend den Anforderungen gewählt werden. Zum Beispiel kann der Anteil 30-60 Volumen % betragen. Die Fasergeometrie kann unidirek-
tional sein, als Gewebe oder Gelege vorliegen, als Faser- Matte, etc. ausgestaltet sein. The fiber content in the semifinished product can be selected as desired according to the requirements. For example, the proportion may be 30-60% by volume. The fiber geometry can be unidirectional. Tional be present as tissue or scrim, be configured as a fiber mat, etc.
Auch die Wahl des Matrixsystems wie beispielsweise das gewählte thermoplastische Polymer erfolgt entsprechend den Anforderungen an den Vorformling bzw. an das Bauteil. The choice of the matrix system such as the selected thermoplastic polymer is carried out according to the requirements of the preform or to the component.
Beispiele sind Polypropylen, HD-Polyethylen, Polyamid 6, 11 oder 12, PET, PEEK, PES, PEI, POM, PPS, etc. Examples are polypropylene, HD polyethylene, polyamide 6, 11 or 12, PET, PEEK, PES, PEI, POM, PPS, etc.
Auch die beschriebenen Roboter sind Beispiele, und anstelle beispielsweise eines sechsachsigen Knickarmroboters können selbstverständlich auch anders ausgelegte Roboter verwendet werden. Dasselbe gilt für die Greiferorgane, wo The described robots are also examples and, of course, differently designed robots can be used instead of, for example, a six-axis articulated robot. The same applies to the gripper organs where
beispielsweise auch Schweissmodule angeordnet sein können, mit der Möglichkeit gleichzeitig an mehreren Punkten zu schweissen . For example, welding modules can be arranged, with the possibility of welding at several points simultaneously.
Wiederum bezüglich Preformwerkzeug stellt das unter Bezug auf die Figuren 5 und 6 beschriebene Preformwerkzeug lediglich ein Beispiel dar. Schliesslich soll die Steuerung der ganzen Anordnung nach Möglichkeit weitgehendst Turning back to the preforming tool, the preforming tool described with reference to FIGS. 5 and 6 is merely an example. Finally, as far as possible, the control of the entire arrangement should be as far as possible
automatisiert erfolgen, so dass die einzelnen Geräte miteinander kommunizieren können.
automated, so that the individual devices can communicate with each other.
Claims
Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Vorformlingen mit thermoplastischer Matrix, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst aus faserverstärktem Halbzeug wie Folien, Platten, Bahnen, Bändern einzelne Zuschnitte erzeugt werden, diese Process for the production of fiber-reinforced preforms with thermoplastic matrix, characterized in that individual blanks are first produced from fiber-reinforced semifinished products such as films, sheets, webs, tapes, these
Zuschnitte mittels automatisierten Transportmitteln auf eine Ablage übertragen werden und mittels Punktschweissen zu Vorformlingen zusammengefügt werden. Blanks are transferred by automated means of transport on a shelf and are joined together by means of spot welding to preforms.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Method according to claim 1, characterized in that
- aus dem faserverstärkten Halbzeug wie Folien, Bahnen, Bändern, Platten oder dergleichen - From the fiber-reinforced semi-finished products such as films, webs, tapes, plates or the like
Zuschnitte in vorgegebener Form und Faserrichtung erzeugt werden, Blanks are produced in predetermined shape and fiber direction,
- diese auf einem Vorformwerkzeug mittels - This on a preform tool means
mindestens einem automatisierten Transportmittel positioniert werden, und at least one automated means of transport are positioned, and
- die einzelnen abgelegten Zuschnitte durch kleine Schweisspunkte miteinander verbunden werden. - The individual stored blanks are connected by small welding points.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschnitte mittels einem sogenannten Cutter, mittels Stanzen, mittels Messer, mittels Schneidwerkzeugen, Laserschneiden,
IS Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the blanks by means of a so-called cutter, by means of punching, by means of knives, by means of cutting tools, laser cutting, IS
Wasserstrahlschneiden, etc. aus dem faserverstärkten Halbzeug erzeugt werden. Water jet cutting, etc. are produced from the fiber-reinforced semifinished product.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschnitte zunächst in mindestens ein Zwischenlager übertragen und dort zwischengelagert werden und anschliessend die 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the blanks are first transferred to at least one intermediate storage and stored there and then the
zwischengelagerten Zuschnitte auf das Vorformwerkzeug übertragen werden. intermediately stored blanks are transferred to the preforming tool.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragung der Zuschnitte von der Schneidevorrichtung gegebenenfalls über mindestens ein Zwischenlager zum Vorformwerkzeug mittels mindestens einem Roboter erfolgt, aufweisend mindestens ein Greiforgan zum Aufnehmen des 5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the transfer of the blanks of the cutting device optionally takes place via at least one intermediate storage for Vorformwerkzeug by means of at least one robot, comprising at least one gripping member for receiving the
Zuschnittes und schliesslich zum Ablegen des Cutting and finally for storing the
Zuschnittes auf das Vorformwerkzeug. Cut to the preforming tool.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenlager ein vertikal automatisiertes Umlaufregal ist, wobei die Zuschnitte in schubladenartigen Unterlagen abgelegt werden, entweder auf einer Unterlage gleichartige Zuschnitte oder auf einer Unterlage die Zuschnitte für das 6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the intermediate storage is a vertically automated circulation rack, wherein the blanks are stored in drawer-like documents, either on a base similar blanks or on a base, the blanks for
Erzeugen eines Vorformwerkzeuges. Generating a preforming tool.
7. Anordnung zur automatisierten Herstellung von 7. Arrangement for the automated production of
sogenannten faserverstärkten Vorformlingen, so-called fiber-reinforced preforms,
gekennzeichnet durch: marked by:
- eine mindestens zweidimensionale Schneide- oder Stanzvorrichtung zur Erzeugung von Zuschnitten, an at least two-dimensional cutting or punching device for producing blanks,
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91 ) ADJUSTED SHEET (RULE 91)
ISA/EP
- mindestens ein automatisiertes Transportmittel zum Aufnehmen der Zuschnitte und gegebenenfalls Ablegen auf ein Vorformwerkzeug, sowie ISA / EP - At least one automated means of transport for receiving the blanks and optionally depositing on a preforming tool, and
- ein Vorformwerkzeug auf welchem die Zuschnitte ablegbar sind und welches der Gestalt ist, dass nach erzeugtem Vorformling das Werkzeug ausformbar ist . a preforming tool on which the blanks can be placed and which is in the form that after the preform has been produced, the tool can be shaped.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zwischenlager vorgesehen ist, sowie mindest ein roboterartiges Transportmittel zwischen Schneide- oder Stanzvorrichtung und 8. Arrangement according to claim 7, characterized in that at least one intermediate storage is provided, and at least one robotic means of transport between cutting or punching device and
Zwischenlager, und mindestens ein roboterartiges Transportmittel zwischen Zwischenlager und Interim storage, and at least one robotic means of transport between interim storage and
Vorformwerkzeug . Preforming tool.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, 9. Arrangement according to one of claims 7 or 8,
dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einen automatisierten Transportmittel um einen Parallel-, Scara- oder Portal-Roboter handelt, welcher von einem Robotercontroller steuerbar ist. characterized in that at least one automated means of transport is a parallel, Scara- or portal robot, which is controlled by a robot controller.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine 10. Arrangement according to one of claims 7 to 9, characterized in that the at least one
automatisierte Transportmittel ein Roboter mit mindestens einem Greiferorgan, mit verstellbaren Saugnäpfen, Eisgreifer, Nadelgreifer und automated transport means a robot with at least one gripper element, with adjustable suction cups, ice gripper, needle gripper and
gegebenenfalls einem oder mehreren optionally one or more
Ultraschallschweissmodulen ist. Ultrasonic welding modules is.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, 11. Arrangement according to one of claims 7 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine automatisierte Transportmittel ein sogenannter
Knickarm-Roboter ist, welcher auf einer Linearachse gelagert ist und welcher mindestens ein characterized in that the at least one automated means of transport is a so-called Knickarm robot is, which is mounted on a linear axis and which at least one
sechsachsiger Roboter ist. six-axis robot is.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, 12. Arrangement according to one of claims 8 to 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenlager ein sogenanntes Umlaufregal ist. characterized in that the intermediate storage is a so-called circulation rack.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, 13. Arrangement according to one of claims 7 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Preform bzw. Vorformwerkzeuge auf einem sogenannten characterized in that the one or more preforms or preforming tools on a so-called
Revolverrotationssystem angeordnet sind, aufweisend zwei Positionen mit Vorformwerkzeugen, eine Revolverrotation system are arranged, comprising two positions with preforming tools, a
Position vorgesehen für das Verlegen und Schweissen der Zuschnitte zum Vorformling und die andere Position provided for laying and welding blanks to preform and the other
Position für das Entladen der gefertigten Position for unloading the finished
Vorformlinge . Preforms.
14. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bzw. einer Anordnung nach einem der 14. Use of the method according to one of claims 1 to 6 or an arrangement according to one of
Ansprüche 7 bis 13 für das Herstellen von Claims 7 to 13 for the manufacture of
Kraftfahrzeugfelgen .
Motor vehicle rims.
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