EP2931500A1 - Verfahren zur herstellung eines mehrlagigen vorgeleges aus faserverstärkten matten mit einer die fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen matrix, sowie fertigungsanlage zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines mehrlagigen vorgeleges aus faserverstärkten matten mit einer die fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen matrix, sowie fertigungsanlage zur durchführung des verfahrens

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Publication number
EP2931500A1
EP2931500A1 EP13811381.6A EP13811381A EP2931500A1 EP 2931500 A1 EP2931500 A1 EP 2931500A1 EP 13811381 A EP13811381 A EP 13811381A EP 2931500 A1 EP2931500 A1 EP 2931500A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
single layer
mats
storage element
gripping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13811381.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kevin Wild
Dominik Harant
Holger Laukant
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.)
Rehau Automotive SE and Co KG
Original Assignee
Rehau AG and Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rehau AG and Co filed Critical Rehau AG and Co
Publication of EP2931500A1 publication Critical patent/EP2931500A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a process for the production of a multilayer outer layer of fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers.
  • a method for producing a multilayer counterweight is known, wherein the multilayer countershaft is produced along a conveyor belt by means of a cutting and laying head the mats at defined angles to each other along the conveying path of the conveyor belt, the multilayer countershaft.
  • a disadvantage of the method disclosed in the prior art is that for each individual layer along the conveyor belt a corresponding cutting and laying head must be provided, so that correspondingly with each layer to be laid the manufacturing plant must be sized larger and the production equipment investment increases.
  • the cutting and laying heads must place the mats on the moving conveyor belt, so that the tolerances to be observed when depositing the mats must not be very high.
  • a method for producing a multilayer counterweight of fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers comprising the following steps: (A) construction of a first single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on a first storage element by means of a laying unit, (B) receiving the first single layer with a gripping unit while maintaining the orientation of the distance of the mats to each other,
  • the method according to the invention makes it possible, by means of the local separation of the process steps of building up the individual layers and the construction of the multilayer countershaft, to carry out these two steps in parallel and significantly reduce the production time of the multilayer countershaft.
  • the defined orientation and the defined distance of the mats of a particular single layer can be easily monitored and controlled (eg by a camera system with corresponding image analysis), so that the quality or the accuracy of the orientation and the distance of the mats to each other can be adjusted much more accurately by the separate structure of a single individual position than in a method of the prior art.
  • the construction of a first single layer may comprise only one mat, which is constructed by means of a laying unit on a first storage element.
  • steps B, and C can be made in particular at the same time or substantially simultaneously with the step D.
  • the steps E to G are preferably performed successively, ie step F to E and step G to F.
  • the step D can be carried out in particular during each step of steps E to G.
  • At least one storage element in relation to the gripping unit is rotatable to pre-position the individual layers can.
  • At least one storage element (3, 7) and / or the gripping unit (5) in relation to the gripping unit (5) and / or the storage element (5) rotatable to pre-position the individual layers (2, 8) can.
  • a rotatability of either at least one of the storage elements or the gripping unit or at least one storage element and the gripping unit allows the individual layers also vorzupositionieren angled to each other.
  • Rotatability of the first storage element in relation to the gripping unit makes it possible for a defined angle in relation to the gripping unit to be set after closing or during construction of the first or further single layer, so that this angular orientation need not be performed by the laying unit itself , Alternatively, this angular orientation can also be realized by a rotatability of the gripping unit.
  • the angular orientation by means of one or both rotatable storage elements in relation to the gripping unit so the accuracy and speed of the method according to the invention can be further improved.
  • At least one rotatable storage element in relation to the gripping unit also makes it possible to spend after the successful construction of the first or the further single layer in a receiving position, at the same time on the same storage element a correspondingly free space to build another To create a single layer.
  • the support elements for this purpose have a circular structure.
  • the laying unit and / or the transport unit is / are preferably movable along a linear guide unit.
  • Linear guide units allow a high degree of precision for the exact observance of the defined orientation and the defined distance when depositing the at least two mats by means of the laying unit or during transport through the transport unit.
  • the transport unit may be formed by an industrial robot.
  • so-called multi-axis robots in particular five-axis robots, which have corresponding gripping units or to which corresponding gripping units are assigned, are suitable for this purpose.
  • the laying unit and the transport unit are located on a common linear guide unit. The laying unit and the transport unit can be moved as a result along a common linear guide unit. A corresponding manufacturing plant for carrying out the method can thereby be made even more compact.
  • a negative pressure for the stationary holding of the individual layers.
  • a vacuum unit ie a unit which provides a vacuum
  • the fixing unit may include an ultrasonic welding unit, a laser welding unit, a plasma welding unit, an electron beam welding unit, a sewing unit, a
  • the gripping unit may in particular comprise a suction cup or a plurality of suction cups.
  • the gripping unit may further comprise one or more surface suction elements.
  • a substantially flat surface is provided with a plurality of suction openings, to which a positive or negative pressure can be applied.
  • An example of such a surface suction element is sold under the name UniGripper.
  • the fixing unit is connected to the gripping unit. This can make it possible to construct the production plant even more compactly, since the fixing unit can be moved together with the gripping unit and does not have to be transported separately.
  • the suction openings of a surface suction element can serve, for example, as a passage for an ultrasonic welding unit, a laser welding unit, a plasma welding unit, an electron beam welding unit, a stitching unit, a needling unit and / or a combination of the aforementioned units.
  • the gripping unit may preferably have at least one suction cup with a peripheral edge, which can be brought via at least one pressure line by applying a negative or an overpressure in a Ansaugschreib or a repulsion state, wherein the peripheral edge in the intake state includes a portion of the first or further single layer.
  • a fixing unit with a source of high-energy radiation for example the laser welding unit or the plasma welding unit or an electron beam welding unit
  • this fixing unit being arranged such that the radiation within the peripheral edge can be transferred to the partial area of the first or further single layer
  • the high-energy radiation is transferable via or through the pressure line.
  • the at least one suction cup can be rigid and unyielding, so that a pressure force can be transmitted to the first and / or further individual position via the suction cup.
  • the suction cup may alternatively be elastic and yielding, in particular as bellows suction bell.
  • a pressure sensor which is in signal communication with the fixing unit can be provided, the sensor signal of which can be used to release the high-energy radiation.
  • the surface of the suction gap facing the partial region can be formed from or coated with a material which substantially reflects the high-energy radiation.
  • the laying unit may comprise a cutting unit for providing the mats.
  • the cutting unit is movable along a support structure of the laying unit, which extends at least substantially perpendicular to the main movement direction of the laying unit.
  • the main direction of movement is defined in particular by the movement direction. tion of a linear guide unit.
  • This makes it possible to construct the mats at any points of a two-dimensional grid on the first storage element to a first or further single layer.
  • the mats are formed by blanks of a unidirectional continuous fiber reinforced band. Corresponding bands can be particularly easily fed to a cutting unit.
  • the mats can be taken ready assembled a magazine.
  • a multilayer backing which can be produced by the process according to the invention is particularly advantageously suitable as semifinished material for the production of fiber-reinforced molded parts for motor vehicles, in particular e.g. for the production of fiber-reinforced battery housings for traction batteries, for the production of spare wheel wells, trunk wells, wheel carriers, cross members or side members or in general in particular for the production of motor vehicle structural parts.
  • thermoplastic matrix of the fiber-reinforced mats may be polyamide (PA), in particular polyamide 6 and polyamide 6.6, polypropylene (PP), polyethylene (PE), POM
  • the fibers are preferably mineral fibers, in particular glass fibers, and / or
  • the fibers are endless fibers or formed as continuous fibers. Continuous fibers are fibers which substantially completely pass through the respective mat in one direction.
  • a production plant according to the invention for carrying out the method according to the invention, in particular according to one of claims 1 to 8, comprises at least:
  • a laying unit for constructing a first single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element and for building a further single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element,
  • a gripping unit for receiving the first single layer while maintaining the orientation and the distance of the mats to each other and for receiving the further single layer while maintaining the orientation and the distance of the mats to each other,
  • a transport unit for respectively displacing the gripping unit to the second storage element, wherein a depositing of the first single layer on the second storage element by separating the first single layer of the gripping unit takes place, and wherein the further single layer in a defined position on the first single layer and / or a already deposited further single layer is deposited by separating the further single layer of the gripping unit, so that the individual layers overlap at least partially,
  • 1 to 10 are each a plan view from above of a manufacturing plant according to the invention for carrying out the method according to the invention.
  • FIGS. 1 to 10 show the method according to the invention and the production system according to the invention for producing a multilayer countershaft 10 of fiber-reinforced mats 1 with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers.
  • Both storage element 3, 7 are rotatable in relation to the gripping unit 5 in order to preposition the individual layers 2, 8 can.
  • the laying unit 4 and the transport unit 6 are movable along a linear guide unit 20.
  • the laying unit 4 and the transport unit 6 along a common linear guide unit 20 are movable.
  • On the storage surfaces of the two storage elements 3, 7 by means of a vacuum unit a negative pressure for the stationary holding of the individual layers 2, 8 can be generated.
  • the laying unit 4 has a cutting unit 22 for providing the mats 1.
  • the cutting unit is orthogonal to the main movement direction of the linear guide unit 20 along a support structure of the laying unit 4 movable.
  • the mats 1 are formed by blanks from a unidirectional continuous fiber reinforced band. 1 shows the step (A) of the construction of a first single ply 2 of at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from one another on a first depositing element 3 by means of a laying unit 4.
  • Fig. 2 shows that after the successful construction of the single layer 2, the support element 3, the first single layer 2 rotates in a receiving position and located on a transport unit 6 gripping unit 5, the first single layer 2 approaches.
  • the laying unit 4 begins in step (D) with the construction of a further single layer 8 of at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from one another on the first storage element 3.
  • Fig. 3 shows the step (B) of receiving the first single layer 2 with the gripping unit 5 while maintaining the orientation and the distance of the mats 1 to each other.
  • the structure of the further individual layer 8 consists of at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from one another on the first storage element 3 by means of the laying unit 4.
  • FIG. 4 shows the step (C) of displacing the gripping unit 5 - and thus the first single layer 2 - by means of the transport unit 6 and depositing the first single layer 2 on a second storage element 7 by separating the first single layer 2 from the gripping unit 5.
  • FIG. 5 shows how the transport unit 6 with the gripping unit 5 approaches the first support element 3 again, while the laying unit 4 terminates the structure of the further single layer 8.
  • Fig. 6 shows a part of step (E) of receiving the further single layer 8 with the gripping unit 5 while maintaining the orientation and the distance of the mats 1 to each other.
  • the storage element 3 has spent the further single layer 8 by a rotation of 180 ° in a receiving position.
  • the laying unit 4 in step (D) starts again with the structure of a further single layer 8 of at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element 3.
  • the gripping unit 5 could have rotated the first single layer 2 by rotation before it was deposited in relation to the second storage element 7.
  • step (G) the individual layers 2, 8 are fixed in position with a fixing unit 9 to form a multi-layered countershaft 10, wherein the fixing unit 9 is connected to the gripping unit 5.
  • the structure of the further individual layer 8 of at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from one another on the first depositing element 3 by means of the laying unit 4 continues to take place in parallel.
  • FIG. 8 shows the reception of the further single layer 8 with the gripping unit 5, while maintaining the orientation and the distance of the mats 1 from one another.
  • the first storage element 3 is rotatable in relation to the gripping unit 5 in order to pre-position the single layer 8 can.
  • the first storage element 3 has pre-positioned the further single layer 8 in an angular orientation to the gripping unit.
  • 9 shows the displacement of the gripping unit 5 - and thus the further single layer 8 - by means of the transport unit 6 to the second storage element 7 and the depositing of the further single layer 8 in a defined position on the first single layer 2 and the already deposited additional single layer. 8 by separating the further single layer 8 of the gripping unit 5, so that the individual layers 2, 8 overlap at least partially.
  • a fixation unit 9 fixes the individual layers 2, 8 in a multilayer countershaft 0.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, sowie eine Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, sowie Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix. Aus der EP 1 315 613 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges bekannt, wobei zum Aufbau des mehrlagigen Vorgeleges entlang eines Fließbandes mittels eines Schneid- und Legekopfes die Matten in definierten Winkeln zueinander abgelegt entlang des Förderweges des Förderbandes das mehrlagige Vorgelege hergestellt wird.
Nachteilig an dem im Stand der Technik offenbarten Verfahren ist jedoch, dass für jede einzelne Lage entlang des Fließbandes ein entsprechender Schneid- und Legekopf vorgesehen werden muss, so dass entsprechend mit jeder zu legenden Lage die Fertigungsanlage größer dimensioniert werden muss und die Fertigungsanlageninvestition ansteigt. Zudem müssen die Schneid- und Legeköpfe die Matten auf das sich bewegende Fließband ablegen, so dass die einzuhaltenden Toleranzen beim Ablegen der Matten nicht sehr hoch sein dürfen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Genauigkeit im Hinblick auf die Orientierung und den Abstand der Matten zueinander er- möglicht und gleichzeitig variabler und kostengünstiger ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte: (A) Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement mittels einer Legeeinheit, (B) Aufnehmen der ersten Einzellage mit einer Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung des Abstandes der Matten zueinander,
(C) Verlagern der Greifeinheit mittels einer Transporteinheit und Ablegen der ersten Einzellage auf einem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit,
(D) Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement mittels der Legeeinheit,
(E) Aufnehmen der weiteren Einzellagen mit der Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und Verlagern der Greifeinheit mittels der Transporteinheit zu dem zweiten Ablageelement, (F) Ablegen der weiteren Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen, (G) Lagefixieren der Einzellagen mit einer Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege,
(H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G). Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, durch die örtliche Trennung der Prozessschritte des Aufbaus der Einzellagen und des Aufbaus des mehrlagigen Vorgeleges, diese beiden Schritte insbesondere parallel zueinander durchzuführen und die Fertigungszeit des mehrlagigen Vorgeleges entsprechend deutlich zu verringern. Des Weiteren lässt sich die definierte Orientierung und der definierte Abstand der Matten einer je- weiligen Einzellage einfach überwachen und steuern (z.B. durch ein Kamerasystem mit entsprechender Bildauswertung), so dass durch den getrennten Aufbau einer jeweiligen Einzellage sich die Qualität bzw. die Genauigkeit der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander sehr viel genauer einstellen lässt als bei einem Verfahren des Stands der Technik. Alternativ kann zu Beginn des Verfahrens in Schritt (A) der Aufbau einer ersten Einzellage nur eine Matte umfassen, die mittels einer Legeeinheit auf einem ersten Ablageelement aufgebaut wird.
Durch die Benennung der Schritte mit den Buchstaben A bis H wird keine Bindung bzw. keine ausschließliche Bindung an eine zeitliche Reihenfolge verfolgt. Die Buchstaben die- nen lediglich der Benennung bzw. Kennzeichnung der Schritte. So können die Schritte B, und C insbesondere zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich zu dem Schritt D vorgenommen werden. Die Schritte E bis G werden vorzugsweise aufeinanderfolgend vorgenommen, also Schritt F nach E und Schritt G nach F. Der Schritt D kann insbesondere während jedes Schritts der Schritte E bis G vorgenommen werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit drehbar, um die Einzellagen vorpositionieren zu können.
Vorzugsweise ist mindestens ein Ablageelement (3, 7) und/oder die Greifeinheit (5) in Rela- tion zu der Greifeinheit (5) und/oder dem Ablageelement (5) drehbar, um die Einzellagen (2, 8) vorpositionieren zu können. Eine Drehbarkeit entweder mindestens eines der Ablageelemente oder der Greifeinheit oder mindestens eines Ablageelementes und der Greifeinheit, ermöglicht es die Einzellagen auch winklig zueinander vorzupositionieren. Eine
Drehbarkeit des ersten Ablageelementes in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es, dass nach dem Abschließen oder während des Aufbaus der ersten oder der weiteren Einzellage ein definierter Winkel in Relation zu der Greifeinheit eingestellt werden kann, so dass diese Winkelorientierung nicht von der Legeeinheit selbst vorgenommen werden muss. Alternativ kann diese Winkelorientierung auch durch eine Drehbarkeit der Greifeinheit realisiert werden. Durch die Winkelorientierung mittels einer bzw. beider drehbaren Ablageelemente in Relation zu der Greifeinheit kann so die Genauigkeit und Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert werden. Mindestens ein drehbares Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es zudem, nach dem erfolgten Aufbau der ersten bzw. der weiteren Einzellage diese in eine Aufnahmeposition zu verbringen, um gleichzeitig auf dem selben Ablageelement einen entsprechend freien Platz zum Aufbau einer weiteren Einzellage zu schaffen. Bevorzugt weisen die Auflageelemente hierfür eine kreisrunde Struktur auf.
Die Legeeinheit und / oder die Transporteinheit ist / sind vorzugsweise entlang einer Linear- führungseinheit verfahrbar. Linearführungseinheiten ermöglichen eine hohe Präzision zur genauen Einhaltung der definierten Orientierung und des definierten Abstands beim Ablegen der wenigstens zwei Matten mittels der Legeeinheit oder während des Transports durch die Transporteinheit. Die Transporteinheit kann durch einen Industrieroboter gebildet sein. Hierzu eignen sich im Besonderen sogenannte Mehr-Achsen Roboter, insbesondere Fünf-Achsen Roboter, die entsprechende Greifeinheiten aufweisen oder denen entsprechende Greifeinheiten zugeordnet sind. Besonders bevorzugt befinden sich die Legeeinheit und die Transporteinheit auf einer gemeinsamen Linearführungseinheit. Die Legeeinheit und die Transporteinheit sind infolge entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit verfahrbar. Eine entsprechende Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens kann hierdurch noch kompakter aufgebaut werden.
Auf der Ablageoberfläche mindestens eines Ablageelementes kann mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen erzeugbar sein. Durch beispielsweise Vorsehen von kleinen Öffnungen in der Ablageoberfläche eines oder beider Ablageelemente kann durch Anlegen eines Unterdrucks mittels einer Unterdruckeinheit (also einer Einheit die einen Unterdruck bereitstellt) an diesen Öffnungen die erste bzw. die weiteren Einzellagen solange ortsfest gehalten werden, bis diese von der Greifeinheit aufgenommen oder mittels der Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege endgültig lagefixiert werden. Die Fixiereinheit kann eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine
Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten umfassen. Die Greifeinheit kann insbesondere eine Saugglocke oder eine Vielzahl von Saugglocken umfassen. Die Greifeinheit kann ferner ein oder mehrere Flächenansaugelemente aufweisen. Hierbei ist eine im Wesentlichen ebene Fläche mit mehreren Ansaugöffnungen versehen, an welche ein Über- oder Unterdruck anlegbar ist. Ein Beispiel eines derartigen Flächen- saugelementes wird unter dem Namen UniGripper vertrieben.
Vorzugsweise ist die Fixiereinheit mit der Greifeinheit verbunden. Dies kann es ermöglichen die Fertigungsanlage noch kompakter aufzubauen, da die Fixiereinheit zusammen mit der Greifeinheit verfahrbar ist und nicht separat transportiert werden muss.
Die Ansaugöffnungen eines Flächensaugelementes können beispielsweise als Durchgang für eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten dienen.
Die Greifeinheit kann bevorzugt mindestens eine Saugglocke mit einem umlaufenden Rand aufweisen, welche über mindestens eine Druckleitung mittels Anlegen eines Unter- oder eines Überdrucks in einen Ansaugzustand oder einen Abstoßungszustand bringbar ist, wobei der umlaufende Rand im Ansaugzustand einen Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage einschließt. Bevorzugt kann eine Fixiereinheit mit einer Quelle einer hochenergetischen Strahlung (z.B. die Laserschweißeinheit oder die Plasmaschweißeinheit oder eine Elektronenstrahlschweißeinheit) vorgesehen sein, wobei diese Fixiereinheit derart angeord- net ist, dass die Strahlung innerhalb des umlaufenden Randes auf den Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage übertragbar ist. Vorzugsweise ist die hochenergetische Strahlung über oder durch die Druckleitung übertragbar. Die mindestens eine Saugglocke kann steif und unnachgiebig ausgebildet sein, so dass über die Saugglocke eine Druckkraft auf die erste und/oder weitere Einzellage übertragbar ist. Die Saugglocke kann alternativ elas- tisch und nachgiebig, insbesondere als Balgsaugglocke, ausgebildet sein. Im Bereich der Saugglocke kann ein mit der Fixiereinheit in Signalverbindung stehender Drucksensor vorgesehen sein, dessen Sensorsignal zur Freigabe der hochenergetischen Strahlung nutzbar ist. Die dem Teilbereich zugewandte Oberfläche der Saugglpcke kann aus einem die hochenergetische Strahlung weitgehend reflektierenden Material gebildet oder mit diesem be- schichtet sein.
Die Legeeinheit kann eine Schneideinheit zur Bereitstellung der Matten umfassen. Bevorzugt ist die Schneideinheit entlang einer Tragstruktur der Legeeinheit bewegbar, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung der Legeeinheit er- streckt. Die Hauptbewegungsrichtung definiert sich insbesondere aus der Bewegungsrich- tung einer Linearführungseinheit. Dies ermöglicht es die Matten an beliebigen Punkten eines zweidimensionalen Rasters auf dem ersten Ablageelement zu einer ersten oder weiteren Einzellage aufzubauen. Bevorzugt sind die Matten durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet. Entsprechende Bänder lassen sich besonders einfach einer Schneideinheit zuführen.
Alternativ können die Matten fertig konfektioniert einem Magazin entnommen werden.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbares mehrlagiges Vorgelege eignet sich besonders vorteilhaft als Halbzeugmaterial für die Herstellung von faserverstärkten Formteilen für Kraftfahrzeuge, insbesondere z.B. für die Herstellung von faserverstärkten Batteriegehäusen für Traktionsbatterien, für die Herstellung von Reserveradmulden, Koffer- raummulden, Radträgern, Querträgern oder Längsträgern oder allgemein insbesondere für die Herstellung von Kraftfahrzeug-Strukturteilen.
Die thermoplastische Matrix der faserverstärkten Matten kann Polyamid (PA), insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), POM
(Polyoxymethylen), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethylenterephthalat (PET), vergleichbare Technische oder Hochtemperatur-Kunststoffmaterialien oder Kombinationen der vorgenannten Kunststoffmaterialien umfassen. Die Fasern sind vorzugsweise Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder
Carbonfasern, und/oder Aramidfasern und/oder polymere Fasern, und/oder synthetische Fasern und/oder Fasern von nachwachsenden Rohstoffen. Besonders bevorzugt sind die Fasern Endlosfasern bzw. als Endlosfasern ausgebildet. Endlosfasern sind Fasern, welche die jeweilige Matte in einer Richtung im Wesentlichen vollständig durchziehen.
Eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfasst mindestens:
- ein erstes und ein zweites Ablageelement, - eine Legeeinheit zum Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement und zum Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement,
- eine Greifeinheit zum Aufnehmen der ersten Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und zum Aufnehmen der weiteren Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander,
- einer Transporteinheit zum jeweiligen Verlagern der Greifeinheit zu dem zweiten Ablageelement, wobei ein Ablegen der ersten Einzellage auf dem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit erfolgt, und wobei die weitere Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit abgelegt wird, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen,
- einer Fixiereinheit zum Lagefixieren der Einzellagen zu einem mehrlagigen Vorgelege. Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 bis 10 jeweils eine Draufsicht von oben auf eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den Figuren 1 bis 10 ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Fertigungsanlage zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 10 aus faserverstärkten Matten 1 mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix dargestellt. Beide Ablageelement 3, 7 sind in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellagen 2, 8 vorpositionieren zu können. Die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 sind entlang einer Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Hierbei sind die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Auf den Ablageoberflächen der beiden Ablageelemente 3, 7 ist mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen 2, 8 erzeugbar. Die Legeeinheit 4 weist eine Schneideinheit 22 zur Bereitstellung der Matten 1 auf. Die Schneideinheit ist orthogonal zur Hauptbewegungsrichtung der Linearführungseinheit 20 entlang einer Tragstruktur der Legeeinheit 4 beweglich. Die Matten 1 werden dabei durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet. Fig. 1 zeigt den Schritt (A) des Aufbaus einer ersten Einzellage 2 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement 3 mittels einer Legeeinheit 4.
Fig. 2 zeigt, dass nach dem erfolgten Aufbau der Einzellage 2 das Auflageelement 3 die erste Einzellage 2 in eine Aufnahmeposition dreht und die an einer Transporteinheit 6 befindliche Greifeinheit 5 sich der ersten Einzellage 2 nähert. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3.
Die Fig. 3 zeigt den Schritt (B) des Aufnehmens der ersten Einzellage 2 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Ab- stand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4.
Die Fig. 4 zeigt den Schritt (C) des Verlagerns der Greifeinheit 5 - und damit der ersten Einzellage 2 - mittels der Transporteinheit 6 und das Ablegen der ersten Einzellage 2 auf einem zweiten Ablageelement 7 durch Trennen der ersten Einzellage 2 von der Greifeinheit 5.
Die Fig. 5 zeigt, wie sich die Transporteinheit 6 mit der Greifeinheit 5 wieder dem ersten Auflageelement 3 nähern, während die Legeeinheit 4 den Aufbau der weiteren Einzellage 8 beendet.
Die Fig. 6 zeigt einen Teil des Schritts (E) des Aufnehmens der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Hierbei hat das Ablageelement 3 die weitere Einzellage 8 durch eine Drehung um 180° in eine Aufnahmeposition verbracht. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) erneut mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3. Durch eine Drehung des zweiten Ablageelements 7 ist die erste Einzellage 2 in Relation zu der Greifeinheit 5 verdreht. Alternativ hätte die Greifeinheit 5 durch eine Drehung die erste Einzellage 2 bereits vor dem Ablegen in Relation zu dem zweiten Ablageelement 7 verdrehen können.
Die Fig. 7 zeigt den weiteren Teil des Schritts (E) des Verlagerns der Greifeinheit 5 - und damit der weiteren Einzellage 8 - mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und den Schritt (F) des Ablegens der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Posi- tion auf die erste Einzellage 2 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Gemäß Schritt (G) erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit einer Fixiereinheit 9 zu einem mehrlagigen Vorgelege 10, wobei die Fixiereinheit 9 mit der Greifeinheit 5 verbunden ist. Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4.
Die Fig. 8 zeigt das Aufnehmen der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Bei- behaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Das erste Ablageelement 3 ist in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellage 8 vorpositionieren zu können. Das erste Ablageelement 3 hat die weitere Einzellage 8 in einer Winkelorientierung zu der Greifeinheit vorpositioniert. Die Fig. 9 zeigt das Verlagern der Greifeinheit 5 - und damit der weiteren Einzellage 8 - mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und das Ablegen der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 und die bereits abgelegte weitere Einzellage 8 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Mit einer Fixierein- heit 9 erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 zu einem mehrlagigen Vorgelege 0.
Die Fig. 10 zeigt das Beenden des Verfahrens und die Entnahme des mehrlagigen Vorgeleges 10 von dem zweiten Auflageelement 7. - Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges (10) aus faserverstärkten Matten (1) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte:
(A) Aufbau einer ersten Einzellage (2) aus wenigstens zwei Matten (1) mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement (3) mittels einer Legeeinheit (4),
(B) Aufnehmen der ersten Einzellage (2) mit einer Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1) zueinander,
(C) Verlagern der Greifeinheit (5) mittels einer Transporteinheit (6) und Ablegen der ersten Einzellage (2) auf einem zweiten Ablageelement (7) durch Trennen der ersten Einzellage (2) von der Greifeinheit (5),
(D) Aufbau einer weiteren Einzellage (8) aus wenigstens zwei Matten (1) mit einer definierte Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement (3) mittels der Legeeinheit (4),
(E) Aufnehmen der weiteren Einzellage (8) mit der Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1 ) zueinander und Verlagern der Greifeinheit (5) mittels der Transporteinheit (6) zu dem zweiten Ablageelement (7),
(F) Ablegen der weiteren Einzellage (8) in einer definierten Position auf die erste Einzellage (2) und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage (8) durch Trennen der weiteren Einzellage (8) von der Greifeinheit (5), so dass sich die Einzellagen (2, 8) zumindest bereichsweise überlappen,
(G) Lagefixieren der Einzellagen (2, 8) mit einer Fixiereinheit (9) zu einem mehrlagigen Vorgelege (10),
(H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ablageelement (3, 7) und/oder die Greifeinheit (5) in Relation zu der Greifeinheit (5) und/oder dem Ablageelement (5) drehbar ist, um die Einzellagen (2, 8) vorpositionieren zu können.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) und/oder die Transporteinheit (6) entlang einer Linearführungseinheit (20) verfahrbar ist/sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) und die Transporteinheit (6) entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit (20) verfahrbar sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ablageoberfläche mindestens eines Ablageelementes (3, 7) mittels einer Unter- druckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen (2, 8) erzeugbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (9) mit der Greifeinheit (5) verbunden ist.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) eine Schneideinheit (22) zur Bereitstellung der Matten (1) aufweist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matten (1) durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band ge- bildet sind.
9. Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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