ES2629129B1 - Fiber placement head and fiber placement installation as well as procedure for the production of a fiber composite component - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una cabeza para colocar fibra de una instalación y un procedimiento para la producción de un componente compuesto de fibra, en la que la cabeza para colocar fibra presenta un dispositivo para la reducción de la fuerza de tracción, para reducir o eliminar completamente las fuerzas de tracción actuando sobre el material de fibra.The invention relates to a head for placing fiber of an installation and a method for the production of a fiber composite component, in which the head for placing fiber has a device for the reduction of tensile force, to reduce or eliminate Fully tensile forces acting on the fiber material.
Description
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D E S C R I P C I Ó ND E S C R I P C I Ó N
CABEZA DE COLOCACIÓN DE FIBRAS E INSTALACIÓN DE COLOCACIÓN DE FIBRAS ASÍ COMO PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE UN COMPONENTE COMPUESTO DE FIBRASFIBER PLACEMENT HEAD AND FIBER PLACEMENT INSTALLATION AND PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF A FIBER COMPOUND COMPONENT
La invención se refiere a una cabeza de colocación de fibras para colocar material continuo de fibras, suministrado con una fuerza de tracción predeterminada a la cabeza de colocación de fibras, sobre un útil de moldeo para la producción de un componente compuesto de fibras. Del mismo modo, la invención se refiere a una instalación con un robot y una cabeza de colocación de fibras de este tipo para ello. La invención se refiere también a un procedimiento para la producción de un componente compuesto de fibras con una cabeza de colocación de fibras.The invention relates to a fiber placement head for placing continuous fiber material, supplied with a predetermined tensile force to the fiber placement head, on a molding tool for the production of a fiber composite component. Similarly, the invention relates to an installation with a robot and a fiber placement head of this type for this. The invention also relates to a process for the production of a fiber composite component with a fiber placement head.
Por el documento DE 10 2010 015 027 B4 se conoce una instalación para la producción de un componente compuesto de fibras, guiándose robots sobre un sistema de carril, que está previsto de manera circundante alrededor de un útil de moldeo. Como efectores finales están dispuestas en los robots cabezas de colocación de fibras, con las que puede presionarse el material continuo de fibras o el material casi continuo sobre el útil de moldeo y puede distribuirse de manera continua. El material continuo de fibras se tiene a disposición en un almacén de fibras o depósito de fibras, estando fijo el almacén de fibras con respecto a la cabeza de colocación de fibras que puede moverse libremente en el espacio. A través de un aparato de suministro, que discurre a lo largo de la cadena cinemática del robot de brazo articulado, se transporta el material continuo de fibras desde el almacén de fibras a lo largo de la cadena cinemática hasta la cabeza de colocación de fibras.From DE 10 2010 015 027 B4 an installation is known for the production of a component composed of fibers, robots being guided on a rail system, which is provided in a surrounding manner around a molding tool. As final effectors, the fiber placement heads are arranged in the robots, with which the continuous fiber material or the almost continuous material can be pressed on the molding tool and can be distributed continuously. The continuous fiber material is available in a fiber store or fiber store, the fiber store being fixed with respect to the fiber placement head that can move freely in space. Through a delivery apparatus, which runs along the kinematic chain of the articulated arm robot, the continuous fiber material is transported from the fiber store along the kinematic chain to the fiber placement head.
Una cabeza de colocación de fibras de este tipo presenta por regla general una unidad de colocación de fibras que está configurada, por ejemplo, en forma de rodillo de apriete o rodillo de compresión. A este respecto, el material continuo de fibras que puede distribuirse se guía a la unidad de colocación de fibras de tal manera que el material continuo de fibras se guía entre el útil de moldeo y la unidad de colocación de fibras y por consiguiente se presiona sobre el útil de moldeo.A fiber placement head of this type generally has a fiber placement unit that is configured, for example, in the form of a tightening roller or compression roller. In this regard, the continuous fiber material that can be distributed is guided to the fiber placement unit in such a way that the continuous fiber material is guided between the molding tool and the fiber placement unit and consequently pressed on the molding tool
Para evitar durante un movimiento relativo de la cabeza de colocación de fibras conTo avoid during a relative movement of the fiber placement head with
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respecto al depósito de fibras fijo fuerzas de tracción o lotes de material demasiado elevados en el depósito de fibras o el dispositivo de suministro, en la práctica se proporciona frecuentemente un sistema tensor en el depósito de fibras en el que, con ayuda de pesos, puede ajustarse una tensión de tracción predeterminada y puede compensarse un movimiento relativo. Por consiguiente, se origina una reserva de material que puede moverse libremente que, con ayuda de los pesos, se mantiene por debajo de una tensión de tracción predeterminada. Un sistema tensor de este tipo se conoce, por ejemplo, por el documento DE 10 2013 107 039 A1.with respect to the fixed fiber deposit tensile forces or batches of material that are too high in the fiber deposit or the delivery device, in practice a tensioning system is often provided in the fiber deposit in which, with the help of weights, it can a predetermined tension of tension is set and a relative movement can be compensated. Consequently, a stock of material that can move freely originates, which, with the help of the weights, remains below a predetermined tensile stress. A tensioning system of this type is known, for example, from DE 10 2013 107 039 A1.
A este respecto, ha resultado ser completamente ventajoso que se ajuste una fuerza de tracción lo más alta posible ya que, de este modo, el proceso de distribución puede diseñarse en su totalidad con una seguridad de proceso claramente mayor. Desde luego, una fuerza de tracción demasiado alta es entonces desventajosa de cara a la distribución de las fibras sobre el útil de moldeo cuando la fuerza de tracción ajustada sobrepasa la fuerza de adhesión del material de fibras sobre el útil de moldeo y, por consiguiente, durante el apriete del material de fibras sobre el útil de moldeo con ayuda de la unidad de distribución de la cabeza de colocación de fibras, el material de fibras se desprende, incluso se daña o no puede garantizarse una distribución del material de fibras.In this respect, it has proved to be completely advantageous that a tensile force be adjusted as high as possible since, in this way, the distribution process can be designed in its entirety with a clearly greater process safety. Of course, too high a tensile force is then disadvantageous in view of the distribution of the fibers over the molding tool when the adjusted tensile force exceeds the adhesion force of the fiber material over the molding tool and, consequently, during the tightening of the fiber material on the molding tool with the aid of the distribution unit of the fiber placement head, the fiber material is detached, even damaged or a distribution of the fiber material cannot be guaranteed.
Por tanto, es objetivo de la presente invención indicar un procedimiento mejorado y un dispositivo mejorado con el que, a pesar de una fuerza de tracción alta ajustada, puede distribuirse pese a ello el material de fibras de manera segura en el proceso sobre el útil de moldeo.Therefore, it is the objective of the present invention to indicate an improved process and an improved device with which, despite a high tensile force adjusted, the fiber material can be distributed nevertheless safely in the process over the tool of molding
El objetivo se alcanza con una cabeza de colocación de fibras según la reivindicación 1, la instalación según la reivindicación 9 así como el procedimiento según la reivindicación 12 según la invención.The objective is achieved with a fiber placement head according to claim 1, the installation according to claim 9 as well as the method according to claim 12 according to the invention.
Según la reivindicación 1, se propone una cabeza de colocación de fibras para colocar material continuo de fibras, suministrado con una fuerza de tracción predeterminada a la cabeza de colocación de fibras, sobre un útil de moldeo para la producción de un componente compuesto de fibras, estando prevista la cabeza de colocación de fibras para su disposición en un autómata de manejo. Un autómata de manejo en el sentido de la presente invención es un dispositivo de movimiento con el que la cabeza deAccording to claim 1, a fiber placement head is proposed for placing continuous fiber material, supplied with a predetermined tensile force to the fiber placement head, on a molding tool for the production of a fiber composite component, the fiber placement head being provided for disposal in a driving automat. A driving automaton in the sense of the present invention is a movement device with which the head of
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colocación de fibras puede moverse libremente en el espacio, preferiblemente en los tres ejes del espacio. De manera genérica, la cabeza de colocación de fibras presenta una unidad de distribución de fibras para distribuir el material continuo de fibras suministrado a la cabeza de colocación de fibras sobre el útil de moldeo. En este sentido, el material continuo de fibras suministrado a la cabeza de colocación de fibras se guía a la unidad de colocación de fibras de la cabeza de colocación de fibras, de tal manera que el material continuo de fibras circula entre el útil de moldeo y la unidad de colocación de fibras y puede presionarse de manera correspondiente sobre el útil de moldeo.Fiber placement can move freely in space, preferably in all three axes of space. In general, the fiber placement head has a fiber distribution unit for distributing the continuous fiber material supplied to the fiber placement head over the molding tool. In this sense, the continuous fiber material supplied to the fiber placement head is guided to the fiber placement unit of the fiber placement head, such that the continuous fiber material circulates between the molding tool and the fiber placement unit and can be pressed correspondingly on the molding tool.
Por un material continuo de fibras se entiende, en el sentido de la presente invención, un material de fibras con forma de hebras o tiras que está enrollado, en forma de un material casi continuo, por ejemplo en bobinas de material y se tiene a disposición en el almacén de fibras. A este respecto, por un material continuo de fibras no se entiende que el material sea realmente infinito en el sentido matemático, sino que presenta una longitud enorme con respecto a la extensión de la sección transversal. En particular, no se entiende por material continuo de fibras ninguna estera de fibras u otros productos semielaborados de fibras cortos.A continuous fiber material means, in the sense of the present invention, a fiber material in the form of strands or strips that is rolled, in the form of an almost continuous material, for example in reels of material and is available in the fiber store. In this respect, a continuous fiber material does not mean that the material is really infinite in the mathematical sense, but that it has an enormous length with respect to the extension of the cross section. In particular, continuous fiber material is not understood as any fiber mat or other semi-finished short fiber products.
Según la invención, está previsto ahora un aparato de reducción de fuerza de tracción, que está dispuesto directamente en el interior o en la cabeza de colocación de fibras para reducir, de ese modo, la fuerza de tracción del material continuo de fibras suministrado a la cabeza de colocación de fibras antes de distribuir el material continuo de fibras sobre el útil de moldeo. El aparato de reducción de fuerza de tracción presenta para esto un cuerpo cilíndrico que puede desplazarse por medio de un motor en un movimiento de giro, estando previsto el sentido de giro en el sentido de transporte y, de este modo, se fomenta el transporte del material continuo de fibras en el sentido de transporte, cuando el material continuo de fibras se apoya sobre la superficie exterior o superficie lateral del cuerpo cilíndrico. Por consiguiente, mediante el movimiento de giro en el sentido de transporte, se carga una fuerza de avance en el sentido de transporte sobre el material continuo de fibras que se apoya, mediante lo cual se reduce o se minimiza completamente la fuerza de tracción antes de distribuir el material continuo de fibras sobre el útil de moldeo.According to the invention, a tensile force reduction apparatus is now provided, which is arranged directly inside or at the fiber placement head to thereby reduce the tensile strength of the continuous fiber material supplied to the fiber placement head before distributing the continuous fiber material over the molding tool. The traction force reduction apparatus has for this purpose a cylindrical body that can be moved by means of a motor in a turning movement, the direction of rotation being provided in the direction of transport and, thus, the transport of the continuous fiber material in the direction of transport, when the continuous fiber material rests on the outer surface or lateral surface of the cylindrical body. Therefore, by means of the rotation movement in the direction of transport, an advancing force in the direction of transport is loaded on the continuous fiber material that is supported, whereby the tensile force is reduced or minimized completely before distribute the continuous fiber material over the molding tool.
En este sentido, es posible cargar en el depósito de fibras una fuerza de tracción oIn this sense, it is possible to load a tensile force into the fiber container.
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tensión de tracción alta sobre el material continuo de fibras sin que, de ese modo, el proceso se vuelva inseguro, ya que, antes de distribuir el material de fibras a la cabeza de colocación de fibras, la fuerza de tracción se reduce o se minimiza lo más ampliamente posible de tal manera que el verdadero proceso de distribución mediante la propia unidad de distribución transcurre de manera segura en el proceso. En particular, puede evitarse en ese sentido el desprendimiento o daño del material de fibras sobre el útil de moldeo, sin que tenga que prescindirse de una fuerza de tracción correspondiente durante el transporte o en el interior del depósito de fibras.high tensile stress on the continuous fiber material without, in this way, the process becomes unsafe, since, before distributing the fiber material to the fiber placement head, the tensile force is reduced or minimized as widely as possible so that the true distribution process through the distribution unit itself takes place safely in the process. In particular, the detachment or damage of the fiber material on the molding tool can be avoided in that sense, without having to dispense with a corresponding tensile force during transport or inside the fiber container.
En una forma de realización ventajosa, el aparato de reducción de fuerza de tracción es diferente de la unidad de colocación de fibras de la cabeza de colocación de fibras, de modo que se trata en este sentido de dos aparatos o unidades separados. A este respecto, es especialmente ventajoso que el aparato de reducción de fuerza de tracción esté dispuesto en la cabeza de colocación de fibras allí donde el material continuo de fibras se introduce en la cabeza de colocación de fibras, es decir donde se produce la transformación del aparato de guiado de fibras o aparato de suministro de fibras en la cabeza de colocación de fibras. En este sentido, puede conseguirse que la tensión de tracción en el interior de la cabeza de colocación de fibras esté compensada lo más ampliamente posible y solo se determine mediante las poleas de inversión correspondientes y en el propio proceso de distribución.In an advantageous embodiment, the tensile force reduction apparatus is different from the fiber placement unit of the fiber placement head, so that it is in this sense two separate devices or units. In this regard, it is especially advantageous if the tensile force reduction apparatus is arranged in the fiber placement head where the continuous fiber material is introduced into the fiber placement head, that is, where the transformation of the fiber is produced. fiber guidance apparatus or fiber delivery apparatus in the fiber placement head. In this sense, it can be achieved that the tensile tension inside the fiber placement head is compensated as widely as possible and is only determined by the corresponding reversing pulleys and in the distribution process itself.
Sin embargo, en una forma de realización alternativa, es concebible también que el aparato de reducción de fuerza de tracción se forme mediante la propia unidad de distribución, de modo que la unidad de distribución y la unidad de reducción de fuerza de tracción son la misma. En este sentido, permanece en concreto la fuerza de tracción predeterminada, que puede estar definida por ejemplo mediante un sistema de fuerza de tracción correspondiente en el almacén de fibras, en el interior de la cabeza de colocación de fibras hasta al menos la unidad de colocación de fibras. Sin embargo, puede simplificarse en ese sentido la construcción técnica de la cabeza de colocación de fibras.However, in an alternative embodiment, it is also conceivable that the traction force reduction apparatus is formed by the distribution unit itself, so that the distribution unit and the traction force reduction unit are the same . In this sense, the predetermined tensile force remains in particular, which can be defined, for example, by a corresponding tensile force system in the fiber store, inside the fiber placement head up to at least the positioning unit. of fibers. However, the technical construction of the fiber placement head can be simplified in that regard.
Ventajosamente, el cuerpo cilíndrico del aparato de reducción de fuerza de tracción está configurado de tal manera que presenta un árbol que puede accionarse de manera giratoria mediante el motor, en el que están dispuestos uno o varios cuerpos laterales, que forman la superficie exterior del cuerpo cilíndrico del aparato deAdvantageously, the cylindrical body of the traction force reduction apparatus is configured such that it has a shaft that can be rotatably driven by the motor, in which one or more lateral bodies are arranged, which form the outer surface of the body. cylindrical apparatus
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reducción de fuerza de tracción, en la que se apoya después el material continuo de fibras para la reducción de la fuerza de tracción. A este respecto, los cuerpos laterales cilíndricos están montados de manera giratoria en el árbol, de modo que el o los cuerpo(s) lateral(es) cilíndrico(s) pueden girarse en relación con el árbol que puede accionarse de manera giratoria.reduction of tensile force, which is then supported by the continuous fiber material for the reduction of tensile strength. In this regard, the cylindrical side bodies are rotatably mounted on the shaft, so that the cylindrical side (s) (s) can be rotated relative to the shaft that can be rotatably driven.
Si el lado interior de los cuerpos laterales cilíndricos está en contacto con el lado exterior del árbol y el árbol se acciona de manera giratoria, se accionan de ese modo igualmente de manera giratoria los cuerpos laterales cilíndricos según la fuerza de contacto entre el lado interior de los cuerpos laterales y el lado exterior del árbol, definiéndose, en función de la fuerza de contacto, la fuerza de avance generada mediante los cuerpos laterales cilíndricos para la reducción de la fuerza de tracción.If the inner side of the cylindrical side bodies is in contact with the outer side of the tree and the shaft is rotatably driven, the cylindrical side bodies are also rotatably actuated in this way according to the contact force between the inner side of the lateral bodies and the outer side of the tree, defining, depending on the contact force, the advancing force generated by the cylindrical lateral bodies for the reduction of the tensile force.
De este modo, puede concebirse por ejemplo que, en el estado sin contacto, es decir, ningún material continuo de fibras se apoya en el lado exterior de los cuerpos laterales cilíndricos, los cuerpos laterales cilíndricos se repelen con ayuda de una fuerza magnética del árbol que puede accionarse de manera giratoria, de modo que los cuerpos laterales cilíndricos no están en contacto con su lado interior con el árbol que puede accionarse de manera giratoria. La fuerza magnética de repulsión no se vence hasta el contacto del material continuo de fibras y la carga de una fuerza de tracción correspondiente sobre el material continuo de fibras, y los cuerpos laterales cilíndricos entran en contacto con el árbol que puede accionarse de manera giratoria, mediante lo cual se genera una fuerza de avance correspondiente, siempre y cuando se transforme, mediante la fuerza de compresión, la fricción de deslizamiento en fricción estática.Thus, it can be conceived, for example, that, in the non-contact state, that is, no continuous fiber material is supported on the outer side of the cylindrical lateral bodies, the cylindrical lateral bodies are repelled with the help of a magnetic force of the tree which can be rotatably operated, so that the cylindrical lateral bodies are not in contact with their inner side with the shaft which can be rotatably operated. The magnetic force of repulsion does not expire until the contact of the continuous fiber material and the loading of a corresponding tensile force on the continuous fiber material, and the cylindrical lateral bodies come into contact with the shaft which can be rotatably driven, whereby a corresponding feed force is generated, provided that the sliding friction is transformed into static friction by means of the compression force.
Por tanto, es completamente ventajoso en especial que los cuerpos laterales cilíndricos estén dispuestos de manera radialmente móvil o radialmente desplazable en el árbol de modo que, según una fuerza de tracción aplicada, se genera una fuerza de avance correspondiente.Therefore, it is particularly advantageous in particular that the cylindrical lateral bodies are arranged radially movable or radially movable in the shaft so that, according to an applied tensile force, a corresponding feed force is generated.
El emparejamiento por fricción entre el árbol accionado de manera giratoria y la superficie interior de los cuerpos laterales tiene que estar disponible hasta que se genera un avance cuando la superficie interior de los cuerpos laterales se presiona sobre la superficie exterior del árbol. Ha resultado ser ventajoso minimizar los efectosFriction matching between the rotatably driven shaft and the inner surface of the lateral bodies has to be available until an advance is generated when the inner surface of the lateral bodies is pressed on the outer surface of the tree. It has proved advantageous to minimize the effects
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negativos correspondientes, aumentar la superficie de fricción entre la superficie exterior del árbol y la superficie interior de los cuerpos laterales. Esto puede implementarse por un lado porque el cuerpo lateral se vuelve claramente más ancho en comparación con la anchura del material de fibras (alargamiento de la línea de fricción) o para que al menos uno de los dos participantes de fricción se vuelva más flexible y ajuste por consiguiente una superficie de fricción (aumento de la superficie de fricción en la dirección perimetral). Un comportamiento flexible puede implementarse a través de superficies exteriores de árbol suaves o de pared delgada.corresponding negatives, increase the friction surface between the outer surface of the tree and the inner surface of the lateral bodies. This can be implemented on the one hand because the lateral body becomes clearly wider in comparison to the width of the fiber material (elongation of the friction line) or so that at least one of the two friction participants becomes more flexible and fit therefore a friction surface (increase of the friction surface in the perimeter direction). Flexible behavior can be implemented through smooth or thin-walled outer tree surfaces.
Así pues, es muy especialmente ventajoso que la superficie exterior del árbol y/o la superficie interior de los cuerpos laterales presente un material de elastómero, mediante lo cual por un lado los cuerpos laterales pueden construirse de manera radialmente móvil en el árbol y por otro lado, según la fuerza de compresión de los cuerpos laterales sobre el material de elastómero, se genera la fuerza de avance correspondiente.Thus, it is very particularly advantageous that the outer surface of the tree and / or the inner surface of the lateral bodies has an elastomer material, whereby on the one hand the lateral bodies can be constructed radially mobile in the tree and on the other side, according to the compression force of the lateral bodies on the elastomer material, the corresponding feed force is generated.
A este respecto, se aplica que, cuanto mayor es la fuerza de compresión de los cuerpos laterales sobre el árbol, tanto mayor es la fricción entre los cuerpos laterales y el árbol y tanto mayor es también la fuerza de avance generada mediante el movimiento de giro del árbol. A este respecto, la fuerza de compresión de los cuerpos laterales sobre el árbol se genera mediante la fuerza de tracción del material de fibras que se apoya, siendo tanto mayor la fuerza de compresión, cuanto mayor es la fuerza de tracción que actúa sobre el material de fibras.In this regard, it is applied that, the greater the compression force of the lateral bodies on the tree, the greater the friction between the lateral bodies and the tree and the greater is also the forward force generated by the turning movement. From the tree. In this regard, the compression force of the lateral bodies on the shaft is generated by the tensile force of the fiber material that is supported, the compression force being greater, the greater the tensile force acting on the material. of fibers.
Ha resultado conveniente que el árbol accionado de manera giratoria gire con una velocidad más alta que la velocidad de transporte de tal manera que se evita que la superficie interior de los cuerpos laterales y la superficie exterior del árbol pasen de una fricción de deslizamiento a una fricción estática, cuando se aumenta la fuerza de compresión en la dirección del árbol. En este sentido, pueden eliminarse los fenómenos de oscilaciones que se producen durante la transformación de la fricción estática en la fricción de deslizamiento y en sentido contrario, lo que repercute ventajosamente en la calidad del proceso.It has been convenient for the rotating-driven shaft to rotate with a speed higher than the transport speed such that the inner surface of the lateral bodies and the outer surface of the shaft are prevented from moving from sliding friction to friction static, when the compression force in the shaft direction is increased. In this sense, the phenomena of oscillations that occur during the transformation of static friction into sliding friction and in the opposite direction can be eliminated, which has an advantageous effect on the quality of the process.
Así pues, la fuerza de avance varía en función de la fuerza de tracción que actúa sobre el material continuo de fibras, ya que la fuerza de tracción es proporcional a laThus, the advancing force varies depending on the tensile force acting on the continuous fiber material, since the tensile force is proportional to the
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fuerza de compresión de los cuerpos laterales sobre el árbol. Entonces, cuanto mayor es la fuerza de tracción, tanto mayor tiene que ser la fuerza de avance, para reducir o liberar el material continuo de fibras de posibles fuerzas de tracción.compression force of the lateral bodies on the tree. Then, the greater the tensile force, the greater the advancing force has to be, to reduce or release the continuous fiber material from possible tensile forces.
Ventajosamente, el o los cuerpo(s) lateral(es) cilíndrico(s), que están montados en el árbol, están fijados o restringidos con respecto a su posición axial, de modo que el material continuo de fibras no experimenta ninguna fuerza transversal axial por el aparato de reducción de fuerza de tracción. En este sentido, pueden evitarse daños del material continuo de fibras durante el transporte o el movimiento de material.Advantageously, the cylindrical side (s) body (s), which are mounted on the shaft, are fixed or restricted with respect to their axial position, so that the continuous fiber material does not experience any axial transverse force by the traction force reduction apparatus. In this regard, damage to the continuous fiber material during transport or movement of material can be avoided.
Por lo demás, el objetivo se alcanza también con una instalación según la reivindicación 9 para la producción de una nidada de fibras para la producción de un componente compuesto de fibras, presentando la instalación un autómata de manejo, en el que está prevista como efector final una cabeza de colocación de fibras. Por lo demás, la instalación presenta de manera genérica un almacén de fibras o un depósito de fibras, en el que se almacena el material continuo de fibras y se proporciona para la distribución sobre un útil de moldeo por medio de la cabeza de colocación de fibras. Entre la cabeza de colocación de fibras y el almacén de fibras o depósito de fibras por regla general fijo está previsto un dispositivo de guiado de fibras, que deberá transportar el material continuo de fibras de manera segura en el proceso del almacén de fibras a la cabeza de colocación de fibras que puede moverse libremente. En particular, mediante el dispositivo de guiado de fibras, se compensa a la vez (al menos parcialmente) entre otras cosas el cambio de distancia permanente que se obtiene como resultado debido al movimiento de la cabeza de colocación de fibras al almacén de fibras. Según la invención, está prevista ahora una cabeza de colocación de fibras con un aparato de reducción de fuerza de tracción tal como se describe anteriormente, de modo que el material continuo de fibras puede distribuirse sobre el útil de moldeo de manera segura en el proceso.Moreover, the objective is also achieved with an installation according to claim 9 for the production of a fiber clutch for the production of a fiber composite component, the installation presenting a handling automaton, in which it is intended as the final effector a fiber placement head. In addition, the installation generally presents a fiber store or a fiber store, in which the continuous fiber material is stored and provided for distribution over a molding tool by means of the fiber placement head. . A fiber guidance device is provided between the fiber placement head and the fiber storage or fiber storage, which will have to transport the continuous fiber material safely in the process of the fiber storage to the head fiber placement that can move freely. In particular, by means of the fiber guidance device, at the same time (at least partially) the permanent distance change obtained as a result due to the movement of the fiber placement head to the fiber store is compensated. According to the invention, a fiber placement head is now provided with a tensile force reduction apparatus as described above, so that the continuous fiber material can be distributed over the molding tool safely in the process.
Ventajosamente, el autómata de manejo puede ser un robot de brazo articulado, por ejemplo un robot industrial con al menos tres ejes articulados, preferiblemente seis, de modo que la cabeza de colocación de fibras puede moverse de manera completamente libre en el espacio.Advantageously, the operating automaton can be an articulated arm robot, for example an industrial robot with at least three articulated axes, preferably six, so that the fiber placement head can move completely freely in space.
Por lo demás, el objetivo se alcanza también con un procedimiento según laOtherwise, the objective is also achieved with a procedure according to the
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reivindicación 12 para la producción de un componente compuesto de fibras. Configuraciones ventajosas del procedimiento se encuentran en las reivindicaciones dependientes correspondientes.claim 12 for the production of a fiber composite component. Advantageous configurations of the process are found in the corresponding dependent claims.
Por lo demás, por un material de fibras en el sentido de la presente invención se entiende un material que está previsto y acondicionado para la producción de un componente compuesto de fibras. Un material de fibras de este tipo puede ser por ejemplo un material de fibras seco o preimpregnado. Así pues, el material de fibras con respecto a la presente invención forma una parte o completamente un material compuesto de fibras, que está formado por regla general a partir de un material de fibras en conexión con un material de matriz, produciéndose el componente compuesto de fibras mediante el endurecimiento del material de matriz añadido.Moreover, a fiber material within the meaning of the present invention means a material that is intended and conditioned for the production of a fiber composite component. A fiber material of this type may be for example a dry or prepreg fiber material. Thus, the fiber material with respect to the present invention forms a part or completely a fiber composite material, which is generally formed from a fiber material in connection with a matrix material, the composite component being produced. fibers by hardening the added matrix material.
La invención se explica a modo de ejemplo mediante las figuras adjuntas. Muestran:The invention is explained by way of example by the attached figures. They show:
la figura 1 una representación esquemática de una instalación con la cabeza de colocación de fibras según la invención;1 shows a schematic representation of an installation with the fiber placement head according to the invention;
la figura 2 una representación esquemática del principio de funcionamiento del aparato de reducción de fuerza de tracción.Figure 2 a schematic representation of the principle of operation of the traction force reduction apparatus.
La figura 1 muestra esquemáticamente una instalación 10, con la que puede distribuirse un material 12 de fibras sobre un útil 11 de moldeo. El material 12 de fibras, que se distribuye sobre el útil 11 de moldeo, forma tras la distribución una nidada de fibras o una preforma de fibras, que puede producirse entonces mediante el endurecimiento de un material de matriz añadido al material de fibras para un componente compuesto de fibras.Figure 1 schematically shows an installation 10, with which a fiber material 12 can be distributed over a molding tool 11. The fiber material 12, which is distributed on the molding tool 11, forms after distribution a fiber nest or a fiber preform, which can then be produced by hardening a matrix material added to the fiber material for a component fiber composite
A este respecto, el material 12 continuo de fibras está almacenado en un depósito 13 de fibras fijo con respecto a una cabeza de colocación de fibras que puede moverse y se tiene a disposición y se proporciona allí para el proceso de distribución. Un depósito 13 de fibras de este tipo presenta por regla general un gran número de materiales 12 continuos de fibras con forma de tiras, que están enrollados en unas bobinas 14. Por motivos de simplificación, en el ejemplo de realización de la figura 1 se muestra sin embargo solo un único cordón de un material 12 continuo de fibras y solo se esboza el gran número de materiales de fibras existentes uno al lado del otro.In this regard, the continuous fiber material 12 is stored in a fixed fiber container 13 with respect to a fiber placement head that can be moved and is available and is provided there for the distribution process. A reservoir 13 of fibers of this type generally has a large number of continuous fiber materials 12 in the form of strips, which are wound in coils 14. For reasons of simplification, in the embodiment example of Figure 1 it is shown however, only a single cord of a continuous fiber material 12 and only the large number of existing fiber materials is sketched side by side.
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Por lo demás, la instalación 10 presenta un autómata 15 de manejo que, en el ejemplo de realización de la figura 1, está configurado en forma de un robot de brazo articulado. Como efector final, está prevista en el autómata 15 de manejo una cabeza 16 de colocación de fibras, que está configurada para distribuir el material 12 continuo de fibras sobre el útil 11 de moldeo. Entre el depósito 13 de fibras fijo y la cabeza 16 de colocación de fibras que puede moverse libremente en el espacio está previsto un dispositivo 17 de suministro de fibras, que transporta el material 12 continuo de fibras desde el depósito 13 de fibras hasta la cabeza 16 de colocación de fibras que puede moverse libremente de manera segura en el proceso.For the rest, the installation 10 has a control automaton 15 which, in the exemplary embodiment of Figure 1, is configured in the form of an articulated arm robot. As the final effector, a fiber placement head 16 is provided in the drive controller 15, which is configured to distribute the continuous fiber material 12 over the molding tool 11. A fiber supply device 17 is provided between the fixed fiber container 13 and the fiber-positioning head 16 that can move freely in space, which transports the continuous fiber material 12 from the fiber container 13 to the head 16 fiber placement that can move freely safely in the process.
Por lo demás, en el depósito 13 de fibras está previsto un sistema 18 tensor, que está previsto para compensar, durante los movimientos de la cabeza 16 de colocación de fibras, los lotes de material existentes o el material requerido, para evitar de ese modo cargas eventuales sobre el material 12 continuo de fibras. Para ello, está previstos pesos que arrastran hacia abajo el material continuo de fibras a modo de bucle y de ese modo mantienen el material continuo de fibras bajo una tensión de tracción. Se ha mostrado que, con una tensión de tracción aplicada muy alta, también pueden reducirse, en el interior del dispositivo 17 de suministro de fibras, los daños del material 12 continuo de fibras durante el transporte a través del dispositivo 17 de suministro de fibras.Moreover, a tensioning system 18 is provided in the fiber container 13, which is intended to compensate, during the movements of the fiber placement head 16, the existing material batches or the required material, to thereby avoid eventual loads on the continuous fiber material 12. To do this, weights are provided that drag the continuous fiber material down as a loop and thereby keep the continuous fiber material under tensile stress. It has been shown that, with a very high tensile tension applied, the damage of the continuous fiber material 12 during transport through the fiber supply device 17 can also be reduced within the fiber supply device 17.
Puede concebirse también, como alternativa a un sistema tensor, que las bobinas, en las cuales está enrollado el material de fibras, se soliciten con una fuerza de retroceso, de modo que el material de fibras, en el caso de los lotes de material correspondientes, se rebobina en las bobinas. Esto puede implementarse, por ejemplo, mediante un momento de giro negativo aplicado al sentido de transporte de los accionamientos de bobina, mediante lo cual puede implementarse al mismo tiempo también una fuerza de tracción correspondiente.It can also be conceived, as an alternative to a tensioning system, that the coils, in which the fiber material is wound, are requested with a recoil force, so that the fiber material, in the case of the corresponding material batches , rewinds in the coils. This can be implemented, for example, by a negative turning moment applied to the direction of transport of the coil drives, whereby a corresponding traction force can also be implemented at the same time.
A este respecto, el sistema tensor o el rebobinado del material de fibras tiene el objetivo no sólo de interceptar lotes de material, sino también compensar los movimientos dinámicos como por ejemplo, durante el inicio, el frenado durante la distribución. De otro modo, cada motor de una bobina de material tendría que saber al detalle, para cada instante de la distribución, cuánto material se necesita y entoncesIn this regard, the tensioning system or the rewinding of the fiber material has the objective not only of intercepting lots of material, but also compensating for dynamic movements such as, for example, during the start, braking during distribution. Otherwise, each motor of a material coil would have to know in detail, for each moment of distribution, how much material is needed and then
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desbobinarlo. Debido a la reacción retardada de un motor a través del registro y procesamiento de los datos, esto solo es posible sin embargo de manera condicionada.unwind it. Due to the delayed reaction of an engine through data recording and processing, this is only possible however conditioned.
Por ejemplo, el dispositivo 17 de suministro de fibras puede estar configurado con forma de tubo flexible o tubería, mediante el cual el material 12 continuo de fibras está protegido en el interior. Igualmente, es concebible un tipo de cadena de eslabones en la que están previstos eslabones que pueden moverse individualmente, a lo largo de los cuales se guía el material continuo de fibras. A este respecto, el dispositivo 17 de suministro de fibras está previsto no sólo para el transporte seguro del material 12 continuo de fibras a la cabeza 16 de colocación de fibras, sino que deberá compensar en particular también un cambio de distancia relativo entre la cabeza de colocación de fibras y el depósito 13 de fibras durante el movimiento de la cabeza 16 de colocación de fibras, que puede suceder por ejemplo de tal manera que el dispositivo 17 de suministro de fibras esté configurado de manera flexible y siempre conserve una distancia de transporte o de movimiento de material constante.For example, the fiber supply device 17 may be configured in the form of a flexible tube or pipe, by means of which the continuous fiber material 12 is protected inside. Similarly, a type of link chain is conceivable in which links that can move individually are provided, along which the continuous fiber material is guided. In this regard, the fiber supply device 17 is provided not only for the safe transport of the continuous fiber material 12 to the fiber placement head 16, but it must also compensate in particular for a change in relative distance between the head of placement of fibers and the fiber container 13 during the movement of the fiber placement head 16, which can occur for example such that the fiber supply device 17 is flexibly configured and always maintains a transport distance or of constant material movement.
Según la invención, está prevista ahora en la cabeza 16 de colocación de fibras un aparato de reducción de fuerza de tracción, a lo largo del cual se guía el material 12 continuo de fibras y que carga una fuerza de avance sobre el material 12 continuo de fibras, mediante lo cual el material 12a continuo de fibras, que circula en el sentido de transporte después del aparato 20 de reducción de fuerza de tracción a través de la cabeza 16 de colocación de fibras, se libera de fuerzas de tracción correspondientes, que se cargan por ejemplo en el depósito 13 de fibras para el transporte seguro en el proceso hasta el interior de la cabeza 16 de colocación de fibras. Las fuerzas de tracción que actúan ahora sobre el material 12a continuo de fibras se condicionan solamente mediante las poleas de inversión contenidas en la cabeza 16 de colocación de fibras y el propio proceso de distribución.According to the invention, a tensile force reduction apparatus is now provided on the fiber placement head 16, along which the continuous fiber material 12 is guided and which loads an advancing force on the continuous material 12 of fibers, whereby the continuous fiber material 12a, which circulates in the direction of transport after the tensile force reduction apparatus 20 through the fiber positioning head 16, is released from corresponding tensile forces, which they load, for example, the fiber container 13 for safe transport in the process to the interior of the fiber placement head 16. The tensile forces that now act on the continuous fiber material 12a are conditioned only by the reversing pulleys contained in the fiber placement head 16 and the distribution process itself.
La figura 2 muestra esquemáticamente el aparato 20 de reducción de fuerza de tracción en una representación en corte transversal. El aparato 20 de reducción de fuerza de tracción presenta en primer lugar un cuerpo 21 cilíndrico, en cuyo perímetro externo se apoya el material 12 continuo de fibras por secciones. En ese sentido, el cuerpo 21 cilíndrico presenta un árbol 22 que puede accionarse de manera giratoria, teniendo lugar el movimiento de giro en el sentido R de transporte. El árbol 22 queFigure 2 schematically shows the tensile force reduction apparatus 20 in a cross-sectional representation. The tensile force reduction apparatus 20 first has a cylindrical body 21, on whose outer perimeter the continuous fiber material 12 is supported by sections. In that sense, the cylindrical body 21 has a shaft 22 that can be rotatably actuated, the turning movement taking place in the transport direction R. The tree 22 that
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puede accionarse de manera giratoria presenta en su perímetro externo un material 23 de elastómero, que está configurado de manera flexible en el caso de una presión radial en la dirección del árbol 22. En el perímetro externo del material 23 de elastómero están montados ahora unos cuerpos 24 laterales cilíndricos, que están montados de manera giratoria con respecto al árbol 22 y el material 23 de elastómero. A este respecto, en el ejemplo de realización de la figura 2, el material 23 de elastómero está dispuesto de manera fija en el árbol 22 y, por consiguiente, no está montado de manera giratoria con respecto al árbol 22, de modo que también puede hablarse de que el material 23 de elastómero es un elemento del árbol 22.It can be rotatably actuated, having an elastomer material 23 on its outer perimeter, which is flexibly configured in the case of a radial pressure in the direction of the shaft 22. In the outer perimeter of the elastomer material 23, bodies are now mounted 24 cylindrical sides, which are rotatably mounted with respect to the shaft 22 and the elastomer material 23. In this regard, in the exemplary embodiment of Figure 2, the elastomer material 23 is fixedly arranged in the shaft 22 and, therefore, is not rotatably mounted with respect to the shaft 22, so that it can also talk about the elastomer material 23 being an element of the tree 22.
Ahora actúa una fuerza de tracción FZ sobre el material 12 continuo de fibras opuesta al sentido de transporte R, lo que conduce a que, en la sección en la que el material 12 continuo de fibras está en contacto con la superficie exterior de los cuerpos 24 laterales cilíndricos, actúa una fuerza de compresión FA en la dirección del árbol 22. Es evidente que, cuanto mayor es la fuerza de tracción FZ, tanto mayor es también la fuerza de compresión FA.A tensile force FZ now acts on the continuous fiber material 12 opposite to the direction of transport R, which leads to that, in the section in which the continuous fiber material 12 is in contact with the outer surface of the bodies 24 cylindrical sides, a compression force FA acts in the direction of the shaft 22. It is evident that, the greater the tensile force FZ, the greater the compression force FA is also greater.
Ahora, el árbol 22 se acciona de manera giratoria, de modo que se desplaza en un movimiento de giro. Si actúa ahora la fuerza de compresión FA a través del material 12 de fibras sobre los cuerpos 24 laterales cilíndricos, se presionan de ese modo los cuerpos 24 laterales cilíndricos sobre el material 23 de elastómero del árbol 22 con la fuerza de compresión FA. En este sentido, los cuerpos 24 laterales cilíndricos se accionan igualmente de manera giratoria, debido a la fuerza de fricción entre los cuerpos 24 laterales cilíndricos y el material 23 de elastómero, de modo que se carga una fuerza de avance FV sobre el material 12 continuo de fibras.Now, the shaft 22 is rotatably driven, so that it travels in a rotating movement. If the compression force FA now acts through the fiber material 12 on the cylindrical side bodies 24, the cylindrical side bodies 24 are thus pressed on the elastomeric material 23 of the shaft 22 with the compression force FA. In this sense, the cylindrical lateral bodies 24 are also rotatably driven, due to the frictional force between the cylindrical lateral bodies 24 and the elastomeric material 23, so that a forward force FV is loaded on the continuous material 12 of fibers.
A este respecto, se aplica que, cuanto mayor es la fuerza de tracción FZ, tanto mayor es la fuerza de compresión FA, mediante lo cual es tanto mayor la fuerza de avance FV.In this regard, it is applied that, the greater the tensile force FZ, the greater the compression force FA, whereby the advancing force FV is greater.
Esto quiere decir, en una conclusión inversa, que en el caso de una fuerza de compresión FA que es más reducida que la fuerza que es necesaria, con lo que los cuerpos laterales cilíndricos pasan de una fricción de deslizamiento a la fricción estática en el material 23 de elastómero, no se genera ninguna fuerza de avance FV ya que, de manera correspondiente, no está presente ninguna transmisión de fuerza del árbol 22 que puede girar al interior de los cuerpos 24 laterales cilíndricos.This means, in an inverse conclusion, that in the case of a compression force FA that is smaller than the force that is necessary, whereby the cylindrical lateral bodies pass from a sliding friction to the static friction in the material 23 of elastomer, no forward force FV is generated since, correspondingly, there is no force transmission of the shaft 22 that can rotate inside the cylindrical lateral bodies 24.
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A este respecto, es ventajoso que, en el propio proceso, se evite el ajuste de una fricción estática, ya que esto puede repercutir posiblemente de manera negativa en la calidad del proceso. Por tanto, se ajusta la velocidad del árbol 22 accionado de modo que sea siempre más alta que la velocidad de transporte del material de fibras, con lo que siempre está ajustada una fricción de deslizamiento. Según la fuerza de compresión FA, que va en función de la fuerza de tracción FZ, la fricción de deslizamiento entre el árbol 22 accionado de manera giratoria y los cuerpos 24 laterales cilíndricos se vuelve mayor o menor, mediante lo cual la fuerza de avance FV se ajusta de manera correspondiente y el material de fibras puede liberarse de manera correspondiente de las fuerzas de tracción.In this regard, it is advantageous that, in the process itself, the adjustment of a static friction is avoided, as this may possibly have a negative impact on the quality of the process. Therefore, the speed of the driven shaft 22 is adjusted so that it is always higher than the transport speed of the fiber material, whereby a sliding friction is always adjusted. According to the compression force FA, which is a function of the tensile force FZ, the sliding friction between the rotating shaft 22 and the cylindrical lateral bodies 24 becomes greater or lesser, whereby the advancing force FV is adjusted accordingly and the fiber material can be released correspondingly from the tensile forces.
Lista de números de referenciaList of reference numbers
10 instalación10 installation
11 útil de moldeo11 molding tool
12 material de fibras12 fiber material
13 depósito de fibras13 fiber deposit
14 bobinas de fibras14 fiber coils
15 robot/autómata de manejo15 robot / automaton drive
16 cabeza de colocación de fibras16 fiber placement head
17 dispositivo de suministro de fibras17 fiber supply device
20 aparato de reducción de fuerza de tracción20 traction force reduction apparatus
21 cuerpo cilíndrico21 cylindrical body
22 árbol22 tree
23 material de elastómero23 elastomer material
24 cuerpos laterales cilíndricos24 cylindrical side bodies
Claims (13)
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