EP2903804A1 - Vorrichtung zur herstellung von faservorformlingen, die insbesondere eine vorstufe bei der herstellung von faserverstärkten kunststoffbauteilen darstellen - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von faservorformlingen, die insbesondere eine vorstufe bei der herstellung von faserverstärkten kunststoffbauteilen darstellen

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Publication number
EP2903804A1
EP2903804A1 EP13766253.2A EP13766253A EP2903804A1 EP 2903804 A1 EP2903804 A1 EP 2903804A1 EP 13766253 A EP13766253 A EP 13766253A EP 2903804 A1 EP2903804 A1 EP 2903804A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
grippers
rovings
yarns
ribbons
gripper
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13766253.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Gierl
Michael Kaiser
Marco Göttinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Voith Patent GmbH
Original Assignee
Audi AG
Voith Patent GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG, Voith Patent GmbH filed Critical Audi AG
Publication of EP2903804A1 publication Critical patent/EP2903804A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
    • B29K2105/0854—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns in the form of a non-woven mat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29K2105/0881—Prepregs unidirectional
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/25—Solid
    • B29K2105/253—Preform

Definitions

  • Apparatus for the production of fiber preforms which in particular constitute a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components
  • the invention relates to an apparatus for the production of fiber preforms, which in particular constitute a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components, the apparatus having a plurality of unwinding stations for the provision of a plurality of yarns or rovings or ribbons and a plurality of grippers, each one or more yarns or rovings or bands at its beginning, each gripper being reciprocally movable on a path between a maximum position and a pick-up position, and wherein the pick-up position is provided at a yarn transfer point and closer to the unwind station than the maximum position the grippers are each movable individually on substantially parallel paths, so that the yarns or rovings or bands can be clamped in parallel.
  • Fiber-reinforced plastic consists of matrix material and of fibers which are embedded in the matrix material and which i.a. provide the tensile strength. Fiber-reinforced plastic is used especially for high in astetete components that should still be as light as possible. Since the fibers impart no strength in the transverse direction, the fibers must be aligned so that their longitudinal direction coincides as well as possible with the respective loading direction. To achieve this, the fibers often have to be laid in different directions. The better and more accurately the fiber layer is adapted to the load and the more uniformly the fibers are arranged, the better the component will be. For components made of fiber-reinforced plastic, there are numerous manufacturing processes. For the production of large numbers of well-applicable methods, however, there are currently only with rotationally symmetrical or plate- or strand-shaped components by winding or plate or extrusion.
  • Fiber preforms are first produced corresponding to the desired three-dimensional component shape, so-called preforms, which predominantly consist of fibers which are often arranged one above the other in several layers in order to achieve the necessary fiber directions. Subsequently, the fiber preforms are then soaked or coated with the matrix material, pressed and cured or pressed and consolidated. Both for the production of the fiber preforms and for the impregnation and / or hardening or consolidation of the components molding tools can be used according to the desired component shape, or placed and pressed into the fiber preform or the component.
  • the fiber preforms In order for the fiber preforms to have sufficient dimensional stability for further processing, they are provided with small amounts of adhesive or binder and fixed after three-dimensional draping, e.g. by drying or by heating and cooling.
  • the fiber preforms are usually created by superimposing and fixing of prefabricated and pre-bonded flat semi-finished products. Such semi-finished products are for example tapes or fabrics, scrims or nonwovens in which a multiplicity of individual yarns or rovings are already woven, sewn or glued into a flat structure.
  • a yarn is referred to when using so-called continuous fibers, i. when the fibers are unwound from a spool or from a ball. Many yarns untwisted simultaneously from a spool or from a ball are called yarn bundles or rovings.
  • the rovings can consist of up to several ten thousand single yarns, which are also called filaments.
  • the band segments can store parallel to each other.
  • the laying heads have to deposit the band segments one after the other on a moving carrier material which is each moved by the bandwidth.
  • several laying heads have been proposed that lay "gap-free" exactly one bandwidth apart and thus create a closed position together, but for a uniform and exact laying without overlaps or gaps, a very high control effort and a precise tuning are required the different movement speeds needed.
  • the object of the invention is to provide a device that can produce heavy-duty and load-oriented fiber preforms with a lower material cost and shorter production time.
  • the object is achieved by a device according to claim 1, wherein the adjacent gripper, in particular each adjacent gripper, offset from one another in height. Due to the height offset, the grippers can be arranged in a horizontal direction side by side, that the spanned yarns or rovings or ribbons in the plan view result in a closed surface with uniform fiber density without hindering the gripper thereby. Because of the gripper a greater width than the clamped band, a secure clamping and a uniform thread tension when clamping for all yarns or rovings is guaranteed. With the device according to the invention, a complete layer of yarns or rovings or ribbons can be produced in one working step, which enables higher cycle rates in the production of fiber preforms and thus a considerable advantage.
  • the mechanical alignment of the grippers and the yarn transfer points replaces this. It makes sense to have the yarn transfer points offset in the same amount as the grippers.
  • the yarn transfer points may preferably comprise clamping devices for holding the beginnings of the yarns or rovings or ribbons.
  • the stretched yarns or rovings or ribbons can be placed on a table or by means of a forming tool, which are arranged under the stretched yarns or rovings or ribbons. On the table or on the mold thus creates a closed position.
  • a separators are provided which can separate the yarns or rovings or ribbons in the area of the yarn transfer points. After separation, another layer can be placed, for example, at a different angle.
  • the yarns or rovings or ribbons are preferably made of carbon, glass or aramid fibers.
  • the yarns or rovings can be splayed on the way between the unwinding station and the yarn transfer point, so that they are neatly clamped next to each other. This can be done for example by multiple deflection around rollers or rods.
  • the Fibers or rovings or ribbons already contain binder material or binder material can be applied between the unwinding station and the yarn transfer point or near the pick-up position.
  • the binder material can also be applied only to the unfolded or deposited layer. For example by spraying.
  • the matrix material may also already be applied, which is then consolidated or cured after forming.
  • the fiber preform already contains matrix material in not yet cured or not yet fully consolidated form.
  • the several unwinding stations can be designed, for example, as a so-called creel.
  • the yarns or rovings can be drawn from bobbins or bobbins.
  • Each yarn transfer point receives yarn or rovings from one or more unwind stations.
  • Advantageous for the simple apparatus design and to be able to store a particularly uniform layer with little fiber shift it is when the grippers are arranged alternately in an upper plane and in a lower plane and the two planes are parallel to each other. That all adjacent grippers each have the same height offset to each other. This results in the clamping an upper part position and a lower part position, which come together when dropping to a closed position.
  • the paths of the grippers are substantially linear and / or horizontal.
  • the apparatus implementation is further simplified.
  • the height offset between two adjacent grippers based on the position of the gripped yarns or rovings or bands, between 10 and 300 mm, preferably between 20 and 100 mm. Too small an offset allows only very slim gripper that can not muster a high clamping force. Too large an offset leads to a higher risk of shifts when moving to and from one level.
  • the pick-up positions of adjacent grippers in particular of each respectively adjacent gripper, can preferably be arranged offset to one another in the direction of the path. It makes sense to then the respective adjacent yarn transfer points are offset in the direction of the paths to each other, the space required in the height is larger for the gripper at the pickup due to the necessary opening movement when picking up the yarns or rovings or ribbons. Offset in the direction of the path of the respective gripper means that the grippers pick up the yarns or rovings or ribbons in a horizontal direction at offset points. As a result, the grippers are not on top of each other at their pickup positions and can thus be opened well even at a lower height offset, without them colliding with each other.
  • a preferred size range for the offset of the pickup position of adjacent grippers in the direction of the path is 10 to 500 mm, more preferably 10 to 100 mm.
  • the gripper comprises the head on which the yarns or rovings or ribbons are clamped.
  • each gripper can be attached to a respective guide device, which is designed as a carrier made of fiber-reinforced plastic or aluminum.
  • the guide device couples the gripper to a drive system so that the gripper can be moved.
  • the carrier is, for example, rod-like executed as a pipe or rectangular profile.
  • the carrier is very light and yet rigid, which allows a high position accuracy in the process and a fast moving.
  • the grippers preferably each have a clamping width of 20 to 500 mm, particularly preferably 30 to 100 mm. In particular, it may be advantageous that all grippers have the same clamping width. If the clamping width is too great, the clamping forces become too high and thus the grippers and the guide means become too heavy, and the flexibility for producing various shapes is restricted. With very small clamping width too many grippers are needed, which makes the device too expensive. The specified range offers sufficient flexibility without too much equipment. Depending on the component, the grippers may also have different clamping widths.
  • the clamping width of the grippers is preferably 5 to 100 mm, particularly preferably 10 to 50 mm wider than the band to be clamped. So the band can be clamped securely.
  • the yarns or rovings clamped by a gripper are also considered as a band.
  • the device according to the invention may comprise a table which is rotatable about an axis substantially perpendicular to the paths and which may be raised and lowered substantially perpendicular to the paths. By lifting the table can be brought, for example, in the plane of the spanned yarns so that they can be better placed on it. Turning the table allows you to place several layers at different fiber angles for a load-oriented production of the fiber preform, for example below +/- 30 ", +/- 45 °, +/- 60", +/- 90 " preferably rotatable by +/- 30 "to +/- 90".
  • a first mold may be present, which between the pick-up position and the Maxi times position of at least some grippers can be brought, in particular so that thereby the spanned yarns or rovings or ribbons are draped over the first mold.
  • the first mold may for example be mounted on the table and raised and lowered over this, as well as rotated.
  • the further mold may be formed as a hood, which forms a counter-mold to the first mold and presses the fiber layer to this.
  • the further shaping tools can also be designed as a plurality of punches or partial hoods, which press the fiber layer only at specific locations on the first molding tool, for example in concave areas or at edge transitions of the mold.
  • the other molds can also be made to be movable in different directions and inclined relative to the vertical in order to be able to press the fiber layers of the desired shape correspondingly to the first mold.
  • the first and / or one or more further molding tools can be heated. Likewise, however, the first and / or one or more further molding tools can also be cooled in order to re-solidify already preheated binder material during shaping.
  • a heating device in particular an IR radiator device or a heated plate, can be provided, which heats the fibers or rovings or bands during or after clamping.
  • binder material can be activated or the clamped layer can be made more deformable.
  • FIG.1 - 4 preferred embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 7 shows a detail of another gripper arrangement according to the invention (top view)
  • FIG. 8 shows a detailed view of the further gripper arrangement according to the invention (front view).
  • the figures are described in more detail below.
  • the devices according to the invention shown in the figures are described for the processing of rovings. But they can be used in the same way for yarns or ribbons.
  • the devices are suitable for carrying out the following method steps successively or partly parallel to each other:
  • fibers such as e.g. made of carbon (carbon), glass, or aramid or other fibers.
  • a matrix material for the fiber reinforced plastic e.g. thermoplastic or thermosetting plastic in question.
  • the binder material may be thermoplastic, thermoset or adhesive. It may already be present as a hybrid or hybrid roving, i. individual fibers or yarns are made of binder material, or it can be spanned along with the rovings from the gripper or it is applied to the draped rovings or sprayed.
  • FIGS. 1-4 show a preferred device according to the invention.
  • Fig. 1 and 2 the picking up of the rovings using the gripper is shown. Once in side view and once in plan view.
  • the basic structure of the device is also recognizable.
  • the provision of the yarns or rovings takes place via a multiplicity of unwinding stations 1, 2, 3, 4, in which the fiber material is provided in the form of bobbins or bundles of yarn (so-called bobbins) and which are arranged next to one another, behind one another or one above the other in several rows 1, 2 are arranged.
  • the coils may also form an upper and a lower row as shown in FIG.
  • the beginnings of the yarns or rovings 20 are shown schematically only in the respectively used area for the unwinding stations 3,4 used. All other beginnings are threaded to the corresponding yarn transfer points 13,14 so that they can be detected by the associated grippers in pick-up position 7,8. The location of the pick-up positions is marked with 1 1. Such a thing is also called a creel.
  • the adjacent grippers 7 and 8 are offset from each other in height. Gripper 7 is arranged in an upper plane, gripper 8 in a lower plane. On the other side of the device, the grippers 5,6 are shown in their maximum positions 12, Also in the grippers 5,6 adjacent grippers are arranged offset in height to each other.
  • the clamping width of a gripper is slightly wider than the actual width of the rovings clamped by a gripper. Even if only equal width gripper are shown, of course, grippers with different widths are possible.
  • the grippers do not necessarily have to have their maximum and pickup positions in line.
  • the grippers are each coupled to a guide device 9,10.
  • the guide device may be, for example, a rod or a carrier. Preferably, it is designed as a carrier made of fiber-reinforced plastic, since even with long travels a high bending stiffness with low weight is possible.
  • the guide devices are connected to a drive system. In the apparatus shown, the grippers are moved parallel to each other, on linear, horizontal paths. They can be moved individually.
  • the grippers 7, 8 are in pick-up position and pick up the rovings at the yarn transfer point assigned to them by gripping their beginnings.
  • Several unwinding stations can be grouped together and assigned to a gripper.
  • a gripper can grab several rovings together. In any case, at least as many unwinding stations as grippers should be provided.
  • Each gripper is assigned a yarn transfer point.
  • Fig. 2 it can be seen that the yarn transfer points 13 are arranged in an upper plane and the yarn transfer points 14 in a lower plane.
  • a possibly existing spreading device or a binding device, which may be provided between the unwinding station and the gripper, are not shown separately.
  • the binding device can also be arranged in the region of the lifting table.
  • a first mold 18 is provided on a lift table 17, wherein the mold 18 can be rotated on or with the lift table 17.
  • another mold 16 which is designed as a hood, in the down position so represented outside the paths of the gripper.
  • the further mold 16 is not shown in plan view. And a corresponding movement or lowering device for the further mold 16 is not shown separately.
  • the further mold can also be constructed in several parts, for example, of several stamps. On the first mold 18, an already deposited layer 23 of rovings is shown.
  • FIG. 3 shows the device in plan view when mounting the rovings 21st
  • the grippers are in an intermediate position 15. Depending on the shape, the grippers can also be moved to different intermediate positions, so that a close-contour clamping with little waste of expensive fiber material is possible. It becomes clear how a closed layer of rovings with a uniform density can be clamped simultaneously by the adjacently arranged adjacent grippers.
  • a heating device e.g. one or more IR emitters, be provided to heat applied binder material and thus to activate.
  • the lifting table 17 has moved upwards, so that the rovings 22 are draped over the first forming tool 18.
  • the further forming tool 16 has moved together with the first forming tool 18, so that the rovings 22 are correspondingly shaped.
  • the first mold 18 and / or the further mold 16 may be heated to heat binder material.
  • the first mold 18 and / or the further mold 16 may also be cooled in order to cool already heated binder material and thus to fix the mold.
  • FIG. 5 shows a further preferred device according to the invention when collecting the rovings.
  • the essential difference to the apparatus shown in Figures 1-4 is that the adjacent grippers 7 'and 8' have a horizontally offset picking position 11 'and 11'.
  • the picking positions are offset in the direction of the gripper moving path.
  • the Garnschreibgabestellen 13 'for the upper gripper 7' is also horizontally offset from the yarn transfer point 14 'of the adjacent lower gripper 8'.
  • the grippers can be arranged in height with little offset and still, without obstructing each other, be opened wide.
  • FIG. 6 shows grippers 24 on an upper level 30 and vertically offset therefrom grippers 25 on a lower level 29.
  • the level of the grippers denotes the position of the respectively clamped rovings.
  • the grippers have a larger clamping width than the width of the clamped in a gripper rovings 26,27. Due to the offset in height, the grippers 24, 25 can overlap accordingly, so that in the plan view, a closed layer of rovings can be generated. No elaborate control in the transverse direction when depositing is necessary, but only a mechanical alignment of the gripper in the device.
  • FIGS. 7 to 8 explain the advantage offered by the picking positions for the grippers, which are additionally offset horizontally from one another.
  • Fig.7 shows the plan view
  • Fig.8 the front view. Guiding devices and yarn transfer points are not shown.

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Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen (1,2,3,4) für die Bereitstellung mehrerer Garne oder Rovings oder Bänder und mehrere Greifer (5, 6, 7, 7', 8, 8', 24, 24', 25, 25'), die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings oder Bänder an ihrem Anfang (20,20') greifen können, aufweist, wobei jeder Greifer (5, 6, 7, 7', 8, 8') auf einem Pfad zwischen einer Maximalposition (12) und einer Abholposition (11, 11',11") hin und her bewegbar ist; die Abholposition an einer Garnübergabestelle vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation ist als die Maximalposition, und wobei die Greifer (5, 6, 7, 7', 8, 8', 24, 24', 25, 25') jeweils einzeln auf zueinander im Wesentlichen parallelen Pfaden bewegbar sind, so dass die Garne oder Rovings oder Bänder parallel aufgespannt werden können und benachbarte Greifer (5, 6, 7, 7', 8, 8', 24, 24', 25, 25'), insbesondere alle jeweils benachbarten Greifer, zueinander in der Höhe versetzt angeordnet sind.

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen darstellen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff- Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen für die Bereitstellung mehrerer Garne oder Rovings oder Bänder und mehrere Greifer, die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings oder Bänder an ihrem Anfang greifen können, aufweist, wobei jeder Greifer auf einem Pfad zwischen einer Maxi mal position und einer Abholposition hin und her bewegbar ist, und wobei die Abholposition an einer Garnübergabestelle vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation ist als die Maximalposition, wobei die Greifer jeweils einzeln auf zueinander im Wesentlichen parallelen Pfaden bewegbar sind, so dass die Garne oder Rovings oder Bänder parallel aufgespannt werden können.
Faserverstärkter Kunststoff besteht aus Matrixmaterial und aus Fasern, die in das Matrixmaterial eingebettet sind und die u.a. die Zugfestigkeit liefern. Faserverstärkter Kunststoff wird besonders für hoch bei astetete Bauteile verwendet, die trotzdem noch möglichst leicht sein sollen. Da die Fasern in Querrichtung keine Festigkeit vermitteln, müssen die Fasern so ausgerichtet sein, dass ihre Längsrichtung mit der jeweiligen Belastungsrichtung möglichst gut übereinstimmt. Um das zu erreichen, müssen die Fasern oft in verschiedene Richtungen gelegt werden. Je besser und genauer die Faserlage an die Belastung angepasst ist und je gleichmäßiger die Fasern angeordnet sind, umso besser wird das Bauteil sein. Für Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff gibt es zahlreiche Herstellverfahren. Für die Produktion von großen Stückzahlen gut anwendbare Verfahren gibt es derzeit allerdings nur bei rotationssymmetrischen oder platten- bzw. strangförmigen Bauteilen durch Wickeln oder Platten- bzw. Strangpressen.
Komplexere hochwertige 3-D-Strukturen lassen sich dagegen nur sehr aufwändig herstellen, da das Herstellen der benötigten Faservorformlinge schwierig, langsam und teuer ist. Hochwertige Strukturen werden meist mit Endlosfasern hergestellt. Bei vielen Verfahren werden zunächst Faservorformlinge entsprechend der gewünschten dreidimensionalen Bauteilform, sogenannte Preforms hergestellt, die überwiegend aus Fasern bestehen, welche oft in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, um die notwendigen Faserrichtungen zu erzielen. Anschließend werden die Faservorformlinge dann mit dem Matrixmaterial getränkt oder bestrichen, gepresst und ausgehärtet oder gepresst und konsolidiert. Sowohl für das Herstellen der Faservorformlinge als auch für das Tränken und/oder Aushärten bzw. Konsolidieren der Bauteile können Formwerkzeuge entsprechend der gewünschten Bauteilform benutzt werden, auf oder in die der Faservorformling oder das Bauteil gelegt und gepresst wird.
Damit die Faservorformlinge eine ausreichende Formstabilität für die Weiterverarbeitung aufweisen, werden sie mit kleinen Mengen Kleber oder Binder versehen und nach dem dreidimensionalen Drapieren fixiert, z.B. durch Trocknung oder durch Erhitzen und Abkühlen. Die Faservorformlinge werden meist durch Übereinanderlegen und Fixieren von vorgefertigten und vorverbundenen flächigen Halbzeugen erstellt. Solche Halbzeuge sind etwa Tapes oder Gewebe, Gelege oder Vliese, bei denen eine Vielzahl von einzelnen Garnen oder Rovings bereits zu einem flächigen Gebilde verwebt, vernäht oder verklebt sind. Von einem Garn spricht man bei Verwendung sogenannter Endlosfasern, d.h. wenn die Fasern von einer Spule oder aus einem Knäuel abgewickelt werden. Zahlreiche Garne, die unverdreht gleichzeitig von einer Spule oder aus einem Knäuel abgewickelt werden, nennt man Garnbündel oder Roving. Dabei können die Rovings aus bis zu mehreren Zehntausend Einzelgarnen, die auch Filamente genannt werden, bestehen.
Neben dem manuellen Zuschneiden nach einer Art Schnittmuster aus einem flächigen Halbzeug bekannt zum Beispiel aus DE 10 2008 011 658 A1 gibt es auch Vorrichtungen, wie beispielsweise aus DE 10 2009 042 384 A1 bekannt, die Bandsegmente parallel zueinander ablegen können. Um allerdings eine geschlossene Lage erzeugen zu können, müssen die Legeköpfe die Bandsegmente nacheinander auf ein bewegtes Trägermaterial ablegen, das sich jeweils um die Bandbreite weiterbewegt. Um schneller zu sein, wurden auch mehrere Legeköpfe vorgeschlagen, die „auf Lücke" genau um eine Bandbreite versetzt ablegen und somit zusammen eine geschlossene Lage erzeugen. Für ein gleichmäßiges und exaktes Ablegen ohne Überlappungen oder Lücken sind allerdings ein sehr hoher Steuerungsaufwand und eine genaue Abstimmung der verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeiten nötig.
Die noch unveröffentlichte Anmeldung WO 2012/051309 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung mit mehreren parallel bewegbaren Greifern zum Aufspannen und Ablegen von Fasern in einer Lage. Nachteilig ist allerdings, dass mit der dort beschriebenen Ausführung keine gleichmäßige Faserdichte in der Lage erzielt werden kann, da die Greifer nicht ganz bis zum äußersten Rand Fasern klemmen können und da sie einen gewissen mechanischen Abstand zueinander einhalten müssen. Um eine geschlossene Lage herstellen zu können, werden beispielsweise die Faserbändern in einer ersten Lage mit einem Abstand von einer Bandbreite abgelegt und anschließend wird eine zweite Lage zum Füllen der Lücken abgelegt. Das führt in jedem Fall zu höheren Herstell kosten und zu erhöhten Fertigungszeiten, aufgrund von zusätzlich notwendigen Lagen und teilweise auch zu erhöhtem Materialbedarf an teuren Fasern. Bei ungleichmäßiger Faserverteilung ergeben sich ansonsten Einschränkungen bezüglich der Bauteilfestigkeit.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit geringerem Materialaufwand und geringerer Fertigungszeit hochbelastbare und belastungsgerecht ausgeführte Faservorformlinge herstellen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, bei der benachbarte Greifer, insbesondere jeweils alle benachbarten Greifer, zueinander in der Höhe versetzt angeordnet sind. Durch den Höhenversatz können die Greifer in horizontaler Richtung so nebeneinander angeordnet werden, dass die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder in der Draufsicht eine geschlossene Fläche mit gleichmäßiger Faserdichte ergeben, ohne dass sich die Greifer dabei behindern. Dadurch dass die Greifer eine größere Breite als das geklemmte Band aufweisen, ist eine sichere Klemmung und eine gleichmäßige Fadenspannung beim Aufspannen für alle Garne oder Rovings gewährleistet. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine vollständige Lage aus Garnen oder Rovings oder Bändern in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, was höhere Taktraten beim Herstellen von Faservorformlingen ermöglicht und somit ein erheblicher Vorteil ist. Darüber hinaus ist durch die festgelegten Pfade der Greifer keine aufwändige Steuerung in Querrichtung notwendig, um eine geschlossene Lage erzeugen zu können. Die mechanische Ausrichtung der Greifer und der Garnübergabestellen ersetzt das. Sinnvollerweise sind die Garnübergabestellen genauso in der Höhe versetzt angeordnet wie die Greifer. Die Garnübergabestellen können bevorzugt Klemmvorrichtungen zum Halten der Anfänge der Garne oder Rovings oder Bänder aufweisen.
Da weniger komplexer Steuerungsaufwand notwendig ist, können nicht nur mehr Teile pro Zeiteinheit gefertigt werden, sondern auch die Umstellung von einer Bauteilform auf eine andere ist viel schneller und flexibler möglich.
Die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder können auf einem Tisch oder über ein Formwerkzeug, welche unter den aufgespannten Garnen oder Rovings oder Bändern angeordnet sind, abgelegt werden. Auf dem Tisch oder über dem Formwerkzeug entsteht somit eine geschlossene Lage. Zum Abschneiden sind eine oder mehrere Trenneinrichtungen vorgesehen, die die Garne oder Rovings oder Bänder im Bereich der Garnübergabestellen trennen können. Nach dem Trennen kann eine weitere Lage beispielweise unter einem anderen Winkel aufgelegt werden.
Die Garne oder Rovings oder Bänder sind bevorzugt aus Carbon-, Glas- oder Aramidfasern. Die Garne oder Rovings können auf dem Weg zwischen Abwickelstation und Garnübergabestelle gespreizt werden, so dass sie sauber nebeneinander liegend geklemmt werden. Das kann zum Beispiel durch mehrfaches Umlenken um Walzen oder Stangen erfolgen.
Als Fasermaterial können auch Gewebe- oder Gelegebänder geklemmt werden. Um eine gewisse Formstabilität für den Faservorformling zu erreichen, können die Fasern oder Rovings oder Bänder bereits Bindermaterial enthalten oder es kann zwischen Abwickelstation und Garnübergabestelle oder nahe der Abholposition Bindermaterial aufgetragen werden. Das Bindermaterial kann auch erst auf die aufgespannte oder abgelegte Lage aufgebracht werden. Zum Beispiel durch Sprühen.
Auf den Garnen oder Rovings oder Bändern kann auch bereits das Matrixmaterial aufgebracht sein, welches nach der Umformung dann konsolidiert bzw. ausgehärtet wird. In diesem Fall enthält der Faservorformling bereits Matrixmaterial in noch nicht ausgehärteter bzw. noch nicht voll konsolidierter Form.
Die mehreren Abwickelstationen können beispielweise als sogenanntes Spulengatter ausgeführt sein. Dabei können die Garne oder Rovings von Spulen oder aus Garnknäuels (Bobbins) gezogen werden. Jede Garnübergabestelle bekommt Garne oder Rovings von einer oder von mehreren Abwickelstationen. An der Spule oder an der Garnübergabestelle oder dazwischen kann eine Einrichtung zur Regelung oder Einstellung und/oder eine Einrichtung zur Messung der Garnspannung vorhanden sein. Vorteilhaft für die einfache apparative Ausführung und, um eine besonders gleichmäßige Lage mit wenig Faserverschiebung ablegen zu können, ist es, wenn die Greifer abwechselnd in einer oberen Ebene und in einer unteren Ebene angeordnet sind und die beiden Ebenen zueinander parallel sind. D.h. alle benachbarten Greifer haben jeweils zueinander den gleichen Höhenversatz. Dadurch ergibt sich beim Aufspannen eine obere Teillage und eine untere Teillage, die beim Ablegen zu einer geschlossenen Lage zusammenkommen.
Ebenso ist es vorteilhaft, dass die Pfade der Greifer im Wesentlichen linear und/ oder waagrecht sind. Dadurch wird die apparative Umsetzung weiter vereinfacht.
Damit sich eine gute geschlossene Lage ergibt, ist es von Vorteil wenn der Höhenversatz zwischen zwei benachbarten Greifern, bezogen auf die Lage der gegriffenen Garne oder Rovings oder Bänder, zwischen 10 und 300 mm, bevorzugt zwischen 20 und 100 mm beträgt. Ein zu kleiner Versatz ermöglicht nur sehr schlanke Greifer, die keine hohe Klemmkraft aufbringen können. Ein zu großer Versatz führt zu einem höheren Risiko, dass es beim Ablegen und Zusammenfahren in eine Ebene zu Verschiebungen kommt.
Weiterhin können bevorzugt die Abholpositionen benachbarter Greifer, insbesondere aller jeweils benachbarter Greifer, in Richtung des Pfades zueinander versetzt angeordnet sein. Sinnvollerweise sind dann auch die jeweils benachbarten Garnübergabestellen entsprechend in Richtung der Pfade zueinander versetzt Der Platzbedarf in der Höhe ist für die Greifer an der Abholposition größer wegen der notwendigen Öffnungsbewegung beim Aufnehmen der Garne oder Rovings oder Bänder. In Richtung des Pfades des jeweiligen Greifers versetzt bedeutet, dass die Greifer in horizontaler Richtung an versetzen Stellen die Garne oder Rovings oder Bänder abholen. Dadurch befinden sich die Greifer an ihren Abholpositionen nicht übereinander und können somit auch bei geringerem Höhenversatz gut geöffnet werden, ohne dass sie dabei miteinander kollidieren.
Ein bevorzugter Größenbereich für den Versatz der Abholposition benachbarter Greifer in Richtung des Pfades ist 10 bis 500 mm, besonders bevorzugt 10 bis 100 mm. Dadurch ist zum einen der Platzbedarf für den Übergabebereich insgesamt nicht zu groß und zum anderen können die Greifer trotzdem für höhere Klemmkräfte ausreichend groß dimensioniert werden. Der Greifer umfasst den Kopf an dem die Garne oder Rovings oder Bänder geklemmt werden. Vorteilhafterweise kann jeder Greifer an jeweils einer Führungseinrichtung befestigt sein, welche als Träger aus faserverstärktem Kunststoff oder aus Aluminium ausgebildet ist. Die Führungseinrichtung koppelt den Greifer an ein Antriebsystem, so dass der Greifer verfahren werden kann. Der Träger ist beispielsweise stangenartig als Rohr- oder Rechteckprofil ausgeführt. Durch die Ausführung in faserverstärktem Kunststoff wird der Träger sehr leicht und trotzdem biegesteif, was eine hohe Positionsgenauigkeit beim Verfahren und ein schnelles Bewegen ermöglicht. Die Greifer weisen bevorzugt jeweils eine Klemmbreite von 20 bis 500 mm, besonders bevorzugt von 30 bis 100 mm auf. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, dass alle Greifer die gleiche Klemmbreite haben. Bei zu großer Klemmbreite werden die Klemmkräfte zu hoch und somit die Greifer und die Führungseinrichtungen zu schwer, und die Flexibilität zur Herstellung verschiedener Formen wird eingeschränkt. Bei sehr kleiner Klemmbreite werden zu viele Greifer benötigt, was die Vorrichtung zu teuer macht. Der angegebene Bereich bietet ausreichende Flexibilität ohne zu großen apparativen Aufwand. Je nach Bauteil können die Greifer auch verschiedene Klemmbreiten haben.
Bevorzugt ist die Klemmbreite der Greifer jeweils 5 bis 100 mm, besonders bevorzugt 10 bis 50 mm breiter als das zu klemmende Band. So kann das Band sicher geklemmt werden. Auch die von einem Greifer geklemmten Garne oder Rovings werden als Band betrachtet.
Um eine sinnvolle Fläche für die Herstellung von Faservorformlingen erzeugen zu können bei gleichzeitig guter Flexibilität der Vorrichtung, ist es vorteilhaft, wenn mindestens 5 Greifer, bevorzugt mindestens 10 Greifer, besonders bevorzugt mindestens 20 bis maximal 40 Greifer vorhanden sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann einen Tisch aufweisen, der um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden drehbar ist und der im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden angehoben und abgesenkt werden kann. Durch das Anheben kann der Tisch beispielsweise in die Ebene der aufgespannten Garne gebracht werden, so dass diese besser auf ihm abgelegt werden können. Das Drehen des Tisches ermöglicht das Ablegen mehrerer Lagen unter verschiedenen Faserwinkeln für eine belastungsgerechte Herstellung des Faservorformlings, beispielsweise unter +/-30", +/-45°, +/-60", +/-90". Der drehbare Tisch ist daher bevorzugt um +/-30" bis +/-90" drehbar.
Um 3-dimensional verformte Faservorformlinge zu erzeugen, kann ein erstes Formwerkzeug vorhanden sein, das zwischen die Abholposition und die Maxi mal position zumindest einiger Greifer gebracht werden kann, insbesondere so, dass dadurch die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder über das erste Formwerkzeug drapiert werden. Das erste Formwerkzeug kann beispielsweise auf dem Tisch befestigt sein und über diesen angehoben und abgesenkt, sowie gedreht werden.
Zusätzlich zum ersten Formwerkzeug können eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge vorhanden sein, die so mit dem ersten Formwerkzeug zusammengefahren werden können, dass sie die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder 3-dimensional umformen. Dadurch sind stärkere Umformungen und auch eine genauere Formgebung möglich. Das weitere Formwerkzeug kann als eine Haube ausgebildet sein, die eine Gegenform zum ersten Formwerkzeug bildet und die Faserlage an dieses andrückt. Die weiteren Formwerkzeuge können auch als mehrere Stempel oder Teilhauben ausgebildet sein, die die Faserlage nur an bestimmten Stellen an das erste Formwerkzeug andrücken, zum Beispiel in konkaven Bereichen oder an Kanten Übergängen der Form. Die weiteren Formwerkzeuge können auch in verschiedenen Richtungen und gegenüber der Vertikalen geneigt verfahrbar ausgeführt werden, um die Faserlagen der gewünschten Form entsprechend an das erste Formwerkzeug andrücken zu können.
Um das Bindermaterial zu aktivieren oder um die Lagen formbar zu machen, kann das erste und/oder eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge beheizt sein. Ebenso kann das erste und/oder eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge aber auch gekühlt sein, um bereits vorgewärmtes Bindermaterial bei der Formgebung wieder zu verfestigen.
Weiterhin kann eine Heizeinrichtung, insbesondere eine IR-Strahlereinrichtung oder eine beheizte Platte, vorgesehen sein, die die Fasern oder Rovings oder Bänder beim oder nach dem Aufspannen erwärmt. Dadurch kann Bindermaterial aktiviert oder die aufgespannte Lage verformbarer gemacht werden. Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
Fig.1 - 4 bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
Fig.1 beim Abholen der Rovings (Seitenansicht)
Fig.2 beim Abholen der Rovings (Draufsicht)
Fig.3 beim Aufspannen der Rovings (Draufsicht)
Fig.4 beim Umformen der Rovings (Seitenansicht)
Fig.5 weitere bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung beim Aufspannen der Rovings (Draufsicht)
Fig.6 schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Greiferanordnung (Frontansicht)
Fig.7 Detaildarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Greiferanordnung (Draufsicht)
Fig.8 Detaildarstellung der weiteren erfindungsgemäßen Greiferanordnung (Frontansicht) Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Die in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden für das Verarbeiten von Rovings beschrieben. Sie lassen sich aber analog genauso für Garne oder Bänder einsetzen. Die Vorrichtungen sind geeignet dazu, die folgenden Verfahrensschritte nacheinander oder teilweise parallel zueinander auszuführen:
- Bereitstellen der Rovings und eventuell des Bindermaterials
- Greifen der benötigten Rovings und eventuell des Bindermaterials
- Aufspannen der benötigten Rovings durch entsprechendes Positionieren der Greifer
- Drapieren oder Ablegen auf ein erstes Formwerkzeug
- Umformen mit einem weiteren Formwerkzeug
- Fixieren der Lage aus Rovings
- Abtrennen der Rovings im Bereich der Garnübergabestellen
- Öffnen der Formwerkzeuge - Drehen und/oder Weitergeben eines Formwerkzeuges mit der aufgebrachten Lage
Wiederholung des Ablaufes für das Aufbringen weiterer Lagen in derselben Vorrichtung oder in einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen.
Als Fasermaterial für die Garne oder Rovings können Fasern z.B. aus Kohlenstoff (Carbon), Glas, oder Aramid oder andere Fasern verwendet werden. Und als Matrixmaterial für den faserverstärkten Kunststoff kommt z.B. thermoplastischer oder duromerer Kunststoff in Frage. Als Bindermaterial kann thermoplastischer Kunststoff, Duromer oder Klebstoff verwendet werden. Es kann entweder bereits als Hybridgarn oder Hybrid-Roving vorliegen, d.h. einzelne Fasern oder Garne sind aus Bindermaterial, oder es kann zusammen mit den Rovings vom Greifer mit aufgespannt werden oder es wird auf die drapierten Rovings aufgebracht oder aufgesprüht.
Die Fig. 1 - 4 zeigen eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung. In Fig. 1 und 2 ist das Abholen der Rovings mithilfe der Greifer dargestellt. Einmal in Seitenansicht und einmal in Draufsicht. Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung ist ebenfalls erkennbar. Die Bereitstellung der Garne oder Rovings erfolgt über eine Vielzahl von Abwickelstationen 1 ,2,3,4 , in denen das Fasermaterial in Form von Spulen oder Garnknäuel (sogenannte Bobbins) bereitgestellt wird, und die in mehreren Reihen 1 ,2 nebeneinander, hintereinander oder übereinander angeordnet sind. Die Spulen können auch, wie gezeigt in Fig.1 eine obere und eine untere Reihe bilden. Die Anfänge der Garne oder Rovings 20 sind nur im jeweils benutzten Bereich für die benutzten Abwickelstationen 3,4 schematisch dargestellt. Auch alle anderen Anfänge werden zu den entsprechenden Garnübergabestellen 13,14 eingefädelt, so dass sie von den zugehörigen Greifern in Abholposition 7,8 erfasst werden können. Die Lage der Abholpositionen ist mit 1 1 gekennzeichnet. So etwas wird zusammen auch als Spulengatter bezeichnet. Die benachbarten Greifer 7 und 8 sind zueinander in der Höhe versetzt angeordnet. Greifer 7 ist in einer oberen Ebene angeordnet, Greifer 8 in einer unteren Ebene. Auf der anderen Seite der Vorrichtung sind die Greifer 5,6 in ihren Maximalpositionen 12 dargestellt, Auch bei den Greifern 5,6 sind benachbarte Greifer in der Höhe zueinander versetzt angeordnet. Die Klemmbreite eines Greifers ist etwas breiter als die wirkliche Breite der von einem Greifer geklemmten Rovings . Auch wenn nur gleichbreite Greifer dargestellt sind, so sind selbstverständlich auch Greifer mit unterschiedlichen Breiten möglich. Die Greifer müssen nicht unbedingt ihre Maximal- und Abholpositionen in einer Linie haben. Die Greifer sind jeweils an eine Führungsvorrichtung 9,10 gekoppelt. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise eine Stange oder ein Träger sein. Bevorzugt ist sie als Träger aus faserverstärktem Kunststoff ausgeführt, da so selbst bei langen Verfahrwegen eine hohe Biegesteifigkeit bei geringem Gewicht möglich ist. Die Führungsvorrichtungen sind mit einem Antriebssystem verbunden. In der gezeigten Vorrichtung werden die Greifer parallel zueinander, auf linearen, waagrechten Pfaden verfahren. Sie können einzeln verfahren werden.
Die Greifer 7,8 befinden sich in Abholposition und holen jeweils an der ihnen zugeordneten Garnübergabestelle die Rovings ab, indem sie deren Anfänge greifen. Es können mehrere Abwickelstationen zu einer Gruppe zusammengefasst und einem Greifer zugeordnet werden. Ein Greifer kann mehrere Rovings zusammen greifen. Auf jeden Fall sollten mindestens so viele Abwickelstationen wie Greifer vorgesehen sein. Jedem Greifer ist eine Garnübergabestelle zugeordnet. In Fig.2 ist zu sehen, dass die Garnübergabestellen 13 in einer oberen Ebene und die Garnübergabestellen 14 in einer unteren Ebene angeordnet sind. Weiterhin kann es einen Bindermaterialvorrat geben, der beispielsweise zwischen den Reihen der Abwickelstationen angeordnet sein kann. Eine eventuell vorhandene Spreizeinrichtung oder eine Bebinderungsvorrichtung, die zwischen Abwickelstation und Greifer vorgesehen sein können, sind nicht extra dargestellt. Die Bebinderungsvorrichtung kann auch im Bereich des Hubtisches angeordnet sein.
Ein erstes Formwerkzeug 18 ist auf einem Hubtisch 17 vorhanden, wobei das Formwerkzeug 18 auf oder mit dem Hubtisch 17 gedreht werden kann. Zusätzlich ist ein weiteres Formwerkzeug 16, das als Haube ausgeführt ist, in Abfahrposition also außerhalb der Pfade der Greifer dargestellt. Das weitere Formwerkzeug 16 ist in der Draufsicht nicht dargestellt. Und eine entsprechende Bewegungs- oder Absenkeinrichtung für das weitere Formwerkzeug 16 ist auch nicht extra dargestellt. Das weitere Formwerkzeug kann auch mehrteilig zum Beispiel aus mehreren Stempeln aufgebaut sein. Auf dem ersten Formwerkzeug 18 ist eine bereits abgelegte Lage 23 aus Rovings dargestellt.
Fig.3 zeigt die Vorrichtung in Draufsicht beim Aufspannen der Rovings 21 . Die Greifer sind in einer Zwischenposition 15. Je nach Form können die Greifer auch auf verschiedene Zwischenpositionen gefahren werden, so dass ein konturnahes Aufspannen mit wenig Verschnitt an teurem Fasermaterial möglich wird. Es wird deutlich, wie durch die in der Höhe versetzt angeordneten benachbarten Greifer eine geschlossene Lage aus Rovings mit gleichmäßiger Dichte gleichzeitig aufgespannt werden kann.
Über den aufgespannten Rovings 21 kann eine Heizeinrichtung, z.B. einer oder mehrere IR-Strahler, vorgesehen sein, um aufgebrachtes Bindermaterial zu erwärmen und somit zu aktivieren.
Und Fig.4 stellt die Vorrichtung beim Umformen der aufgespannten Faserlage dar. Der Hubtisch 17 ist nach oben gefahren, so dass die Rovings 22 über das erste Formwerkzeug 18 drapiert werden. Das weitere Formwerkzeug 16 ist mit dem ersten Formwerkzeug 18 zusammengefahren, so dass die Rovings 22 entsprechend umgeformt werden. Das erste Formwerkzeug 18 und/oder das weitere Formwerkzeug 16 können beheizt sein, um Bindermaterial zu erwärmen. Alternativ können das erste Formwerkzeug 18 und/oder das weitere Formwerkzeug 16 auch gekühlt sein, um bereits erwärmtes Bindermaterial abzukühlen und die Form somit zu fixieren.
In Fig. 5 ist eine weitere bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung beim Abholen der Rovings zu sehen. Der wesentliche Unterschied zu der in den Fig.1 -4 dargestellten Vorrichtung ist, dass die benachbarten Greifer 7' und 8' eine horizontal zueinander versetzte Abholposition 1 1 ' und 1 1 " haben. Die Abholpositionen sind in Richtung des Bewegungspfades des Greifers versetzt. Die Garnübergabestellen 13' für den oberen Greifer 7' ist ebenfalls horizontal versetzt zur Garnübergabestelle 14' der benachbarten unteren Greifer 8'. Dadurch können die Greifer in der Höhe mit geringem Versatz angeordnet werden und trotzdem, ohne sich gegenseitig zu behindern, weit geöffnet werden.
Fig.6 zeigt Greifer 24 auf einer oberen Ebene 30 und vertikal versetzt dazu Greifer 25 auf einer unteren Ebene 29. Als Ebene der Greifer wird die Lage der jeweils geklemmten Rovings bezeichnet. Die Greifer haben eine größere Klemmbreite als die Breite der in einem Greifer geklemmten Rovings 26,27. Durch den Versatz in der Höhe können sich die Greifer 24, 25 entsprechend überlappen, so dass in der Draufsicht eine geschlossene Lage aus Rovings erzeugt werden kann. Dafür ist keine aufwändige Steuerung in Querrichtung beim Ablegen notwendig, sondern nur ein mechanisches Ausrichten der Greifer in der Vorrichtung. Die Fig. 7 - 8 erläutern den Vorteil, der sich bei zusätzlich horizontal zueinander versetzten Abholpositionen für die Greifer bietet. Die benachbarten Greifer 24' und 25' sind so in Richtung ihres Pfades versetzt, dass selbst bei geringem Abstand in der Höhe keine Kollision beim Öffnen der Greifer zum Aufnehmen der Rovings auftritt. Fig.7 zeigt die Draufsicht, Fig.8 die Frontansicht. Führungsvorrichtungen und Garnübergabestellen sind nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste
1 , 2 Reihen von Abwickelstationen
3, 4 Abwickelstationen in Benutzung
5 Reihe von Greifern in einer oberen Ebene
6 Reihe von Greifern in einer unteren Ebene
7, 7' Greifer der oberen Ebene in Abholposition
8, 8' Greifer der unteren Ebene in Abholposition
9, 10 Führungsvorrichtung
1 , 1 1 ', 1 1 " Lage der Abholpositionen
12 Lage der Maximalpositionen
13, 13' Garnübergabestellen in oberer Ebene
14, 14' Garnübergabestellen in unterer Ebene
15 Greifer in Zwischenposition
16 weiteres Formwerkzeug
17 Hubtisch
18 erstes Formwerkzeug
20, 20', 20" Anfänge der Rovings
21 aufgespannte Rovings
22 drapierte Rovings
23 bereits abgelegte Lage aus Rovings
24, 24' Greifer in der oberen Ebene
25, 25' Greifer in der unteren Ebene
26, 27 Jeweils von einem Greifer geklemmte Rovings
29,29' obere Ebene
30, 30' untere Ebene

Claims

Patentansprüche
1 . Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen (1 ,2,3,4) für die Bereitstellung mehrerer Garne oder Rovings oder Bänder und mehrere Greifer (5, 6, 7, 7', 8, 8', 24, 24', 25,25'), die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings oder Bänder an ihrem Anfang (20,20') greifen können, aufweist, wobei jeder Greifer (5,6, 7, 7', 8, 8') auf einem Pfad zwischen einer Maximalposition (12) und einer Abholposition (1 1 , 1 1 ',1 1 ") hin und her bewegbar ist; die Abholposition an einer Garnübergabestelle vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation ist als die Maximalposition, und wobei die Greifer (5,6, 7, 7',8, 8', 24, 24', 25,25') jeweils einzeln auf zueinander im Wesentlichen parallelen Pfaden bewegbar sind, so dass die Garne oder Rovings oder Bänder parallel aufgespannt werden können, dadurch gekennzeichnet,
dass benachbarte Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25'), insbesondere jeweils alle benachbarten Greifer, zueinander in der Höhe versetzt angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifer (5,6, 7, 7',8, 8', 24, 24', 25,25') abwechselnd in einer oberen Ebene (30,30') und in einer unteren Ebene (29,29') angeordnet sind und die beiden Ebenen zueinander parallel sind
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2
dadurch gekennzeichnet,
dass die Pfade der Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25') im Wesentlichen linear und/ oder waagrecht sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Höhenversatz zwischen zwei benachbarten Greifern (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25'), bezogen auf die Lage der gegriffenen Garne oder Rovings oder Bänder, zwischen 10 und 300 mm, bevorzugt zwischen 20 und 100 mm beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abholpositionen (1 1 , 1 1 ',1 1 ") benachbarter Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25'), insbesondere aller jeweils benachbarter Greifer, in Richtung des Pfades zueinander versetzt angeordnet sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5
dadurch gekennzeichnet,
dass der Versatz der Abholposition (1 1 ,1 1 ',1 1 ") benachbarter Greifer (5,
6,7,7',8,8',24,24',25,25') in Richtung des Pfades zwischen 10 und 500 mm, bevorzugt zwischen 20 und 100 mm beträgt.
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25') an jeweils einer Führungseinrichtung (9,10) befestigt ist, welche als Träger aus faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25') jeweils eine Klemmbreite von 20 bis 500 mm, bevorzugt von 30 bis 100 mm aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens 5 Greifer (5,6,7,7',8,8',24,24',25,25'), bevorzugt mindestens 10 Greifer, besonders bevorzugt mindestens 20 Greifer bis maximal 40 Greifer vorhanden sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass sie einen Tisch (17) aufweist, der um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden drehbar ist und der im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden angehoben und abgesenkt werden kann.
1 1 . Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass ein erstes Formwerkzeug (18) vorhanden ist, das zwischen die Abholposition (1 1 ,1 1 ',1 1 ") und die Maxi mal position (12) zumindest einiger Greifer gebracht werden kann, insbesondere so, dass dadurch die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder (21 ) über das erste Formwerkzeug (18) drapiert werden.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1
dadurch gekennzeichnet,
dass eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge (16) vorhanden sind, die so mit dem ersten Formwerkzeug (18) zusammengefahren werden können, dass sie die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder (21 ) 3-dimensional umformen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 oder 12
dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Formwerkzeug (18) und/oder eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge (16) beheizt oder gekühlt sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Heizeinrichtung, insbesondere eine IR-Strahlereinrichtung oder eine beheizte Platte, vorgesehen ist, die die Fasern oder Rovings oder Bänder (21 ) beim oder nach dem Aufspannen erwärmen kann.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT517186B1 (de) * 2015-05-12 2017-03-15 Fill Gmbh Greifer mit zumindest einem Klemmelement

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4318762A (en) * 1980-04-21 1982-03-09 Victor United, Inc. Method and apparatus for sequentially forming a molded product
FR2761380B1 (fr) * 1997-03-28 1999-07-02 Europ Propulsion Procede et machine pour la realisation de nappes fibreuses multiaxiales
DE10312534B3 (de) * 2003-03-20 2004-08-26 Karl Mayer Malimo Textilmaschinenfabrik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von Faserbändern aus Filamenten
DE102005008705B3 (de) * 2005-02-25 2006-09-21 Karl Mayer Malimo Textilmaschinenfabrik Gmbh Vorrichtung zum Zuführen von Faserbändern zu einer Wirkmaschine
JP4977884B2 (ja) * 2006-05-24 2012-07-18 福井県 シート製造装置及びその方法
DE102008011658A1 (de) 2008-02-28 2009-09-03 Daimler Ag Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Bauteils und Faserverbund-Bauteil
US20090301648A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-10 Merrill Wilson Hogg Tight constellation composite tape-laying machine
DE102009042384B4 (de) 2009-09-21 2013-08-08 Liba Maschinenfabrik Gmbh Verfahren und Einrichtung zum Aufbringen einer unidirektionalen Faserlage auf eine sich bewegende Unterstützung und Verfahren zum Herstellen eines Multiaxialgeleges
WO2012051309A2 (en) 2010-10-12 2012-04-19 Qip Holdings, Llc Method and apparatus for hydraulically fracturing wells
GB2487050A (en) * 2011-01-04 2012-07-11 Vestas Wind Sys As Automated techniques for manufacturing fibrous panels

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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None *
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