KR20140034240A - 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제조하는 중에 평면형 직물로부터 절단된 섬유 콘투어를 이송하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

섬유 강화 플라스틱 성형품을 제조하는 중에 평면형 직물로부터 절단된 섬유 콘투어를 이송하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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마티아스 그라프
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디펜바허 게엠베하 마쉬넨- 운트 안라게바우
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Abstract

본 발명은 프리폼을 제조하기 위해 평면형 직물(6)에서 절단한 섬유 콘투어(6)를 진공 그리퍼에 의해 이송하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 방법은 하기의 방법 단계들, 즉 a) 섬유 콘투어(3)가 절단 테이블(7) 위에서 상기 직물로부터 절단되는 단계, b) 진공 그리퍼가 섬유 콘투어(3) 위로 이동하여 이송 판(4)의 표면을 절단된 섬유 콘투어(3)와 접촉시키고 고정판(5)을 평면형 직물(6)과 접촉시키는 단계, c) 섬유 콘투어(3)가 진공 장치(1)와 이송 판(4) 내 관통 홀(14)에 의해 이송 판(4)에 고정되어 절단 테이블(7)로부터 들려지는 한편, 고정판(5)은 직물(6)을 절단 테이블(7)에 고정하는 단계, d) 이송 판(4)이 들려진 후 진공 그리퍼 및/또는 고정판(5)이 절단 테이블(7)로부터 들려지고 섬유 콘투어(3)가 진공 그리퍼에 의해 이송되는 단계를 포함한다.

Description

섬유 강화 플라스틱 성형품을 제조하는 중에 평면형 직물로부터 절단된 섬유 콘투어를 이송하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR TRANSPORTING A FIBER CONTOUR CUT OUT FROM A PLANAR WOVEN FABRIC IN THE COURSE OF PRODUCING FIBER-REINFORCED PLASTIC MOLDED PARTS}
본 발명은 청구항 제 1항의 전제부에 따른 섬유 강화 플라스틱 성형품을 제조하는 중에 평면형 직물로부터 절단된 섬유 콘투어를 이송하기 위한 방법 및 청구항 제 4항의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.
섬유 복합 부품이라고도 하는 섬유 강화 플라스틱 부품을 제조하는 중에, 특히 산업적 응용에서 RTM(Resin-Transfer-Moulding) 방법이 일반적이다. 사용할 수 있는 플라스틱 부품이 되기까지 전체 제조 공정은 연속적으로 진행하는 다수의 개별 공정들로 이루어진다. 제 1 제조 단계에서 섬유 반제품(프리폼/프리프레그)이 제조된다. 이 프리폼 공정에서 일반적으로 다층의 직물 또는 섬유 구조가 통상 2D(2차원)로, 즉 실질적으로 하나의 평면에서 결합되므로, 이 섬유 반제품은 실질적으로 외측 콘투어를 반드시 가지며 부분적으로 특별한 및/또는 다수의 층들 또는 층 두께를 갖는다. 바람직하게는, 결합제가 분리 평면들 안에 또는 구조 자체 안에 제공되고, 이것은 활성화 및/또는 경화 후 상기 층들의 고정을 야기하고 그 결과 이미 정해진 3D 형상의 고정을 야기하며, 이것은 성형 툴(성형 툴, 드레이핑 툴 등) 안에서 프리폼 공정의 추가적 진행 동안 성형된다. 필요에 따라 상기 섬유 반제품이 재절단되거나 또는 훨씬 더 정밀한 콘투어를 얻기 위해 설정 위치에서 펀칭된다. 프레스의 툴 안에 상기 섬유 반제품을 삽입한 후, 툴 절반부들이 폐쇄되고 필요한 수지가 툴의 캐버티 안에 주입되며, 이 경우 수지는 섬유 반제품의 섬유 구조를 함침하고, 섬유들을 에워싸며 매트릭스에 고정적으로 결합시킨다. 수지의 경화 후, 섬유 강화된 플라스틱 부품이 이형될 수 있다.
RTM 방법 외에도, 섬유 반제품의 제조는 플라스틱 부품의 성공적 제조를 위한 초석이 된다. 목표는, 가요성 재료로 프리폼의 성형 후에, RTM 프레스의 툴 안에 전자동으로 그리고 신뢰성 있게 삽입되거나 또는 추가적 사용을 위해 이송되어 적층될 수 있도록 충분한 강성을 가지는 프리폼을 얻는 데 있다. 상기 프리폼의 제조, 성형 및 고정을 위한 다수의 가능성들이 관련 선행 기술에 존재한다.
직물로부터 다층의 2차원 컷아웃을 3D 성형하기 위한 하기의 방법 단계들이 공지되어 있다: 직물 또는 섬유 구조가 롤에서 풀려, 필요에 따라 다수의 다른 직물 또는 섬유 조직, 형상들과 크기들로 결합되어 하나의 직물 스택을 형성한다. 이 경우, 외측 콘투어 및 경우에 따라 내측 콘투어를 프리폼 또는 플라스틱 성형품의 커팅 패턴에 따라 처리하거나 절단할 필요가 있을 수 있다. 상기 커팅 패턴은 프리폼 또는 최종 제품을 풀 때 만들어진다. 그리고 나서, 바람직하게는 만들어진, 실질적으로 평평한 직물 스택이 드레이핑 장치에 의해 드레이핑되거나 또는 3차원 프리폼으로 성형된다. 가요성 직물로부터 실질적으로 강성인 프리폼을 얻기 위해, 대개 개별 층들 사이에 결합제가 제공되어 경화되어야 한다.
직물 상의 또는 직물 내의 작은 흠 또는 손상 또는 자국이 나중의 플라스틱 성형품에 가시 흠결을 야기할 수 있는 것으로 나타났다. 이런 이유로, 섬유 구조인 하나 이상의 층을 포함하는 다층의 프리폼을 제조하는 동안 상기 섬유 구조가 보호 방식으로 처리되는 것이 중요하다. 보통, 콘투어의 절단 또는 펀칭은 손상을 일으키기 않으며 다양한 방식으로 실시된다. 예컨대, 절단 테이블 상에서 직물 롤로부터 콘투어가 롤링 커터에 의해 절단될 수 있다.
후속해서 리프팅 장치가 절단된 콘투어 위로 이동하고, 이 콘투어(절단된 직물 또는 섬유 구조)를 들어올려 이를 드레이핑 몰드 내로 이동시킨다. 이런 단계는 다층의 프리폼을 제조하기 위해 여러 번 실시될 수도 있다. 실시예에 따라서 상기 공정 동안 또는 진행 중에 접착 스테이션이 통과될 수 있고, 상기 접착 스테이션은 상기 콘투어에 결합제를 공급한다.
그러는 동안에 증명된, 특히 베르누이 원리에 따른, 진공 그리퍼는 다수의 공개 공보들, 예컨대 DE 10 2008 023 907 A1호, DE 10 2008 062 343 A1호 또는 DE 103 47 545 A1호에 공지되어 있다. 이러한 모든 진공 그리퍼의 공통점은 저압이 아닌 압축 공기로 작동될 수 있으며 그럼에도 불구하고 공작물, 또는 본 경우에 가요성 직물 또는 콘투어가 들려질 수 있다는 것이다. 물론, 이 진공 그리퍼는 인터페이스를 포함하는 상응하는 매니퓰레이터들(3축 주행 드라이브, 산업 로봇 등)에 연결되어 있다.
상기 방식의 진공 그리퍼의 단점은, 도 1에서 선행 기술에 대해 약간 과장적으로 도시된 것처럼, 진공 그리퍼들이 들어올리려는 직물에 항상 자국을 남기는 것이다. 압축 공기의 유입과 그로 인해 발생한 베르누이 효과에 의해 상기 콘투어는 베르누이 효과에 필요한 유동 공간 안으로 끌어 당겨진다. 이는 섬유 구조 또는 섬유 구조 내의 실의 이동을 야기하고, 이는 나중에 플라스틱 성형품 내에 나타날 수 있다. 또한, 특히 진공 그리퍼의 원형의 외형이 직물 상에 대개 원형 자국을 남기는 것으로 나타났다.
동시에, 대부분의 절단 장치들이 절단 테이블 상에서 직물을 완전히 절단하는 데 항상 100% 성공적이지 않음이 나타났다. 진공 그리퍼를 통해 섬유 구조를 고정하여 들어올리는 동안뿐만 아니라 절단된 콘투어를 들어올리는 동안 당기고 콘투어의 직물을 당기는 잔여 연결부들을 통해서도 직물이 손상을 입을 수 있고, 더 나아가 절단 테이블 상의 직물을 통해서도 손상을 받거나 심지어 이동되고, 이는 다음 콘투어를 위한 다음 절단 공정 시에 다시 문제들을 일으킨다. 미스 컷 외에도 주름 형성 시 잘못된 콘투어 형상들이 발생할 수 있으며, 이 콘투어 형상들은 프리폼을 손상시킨다.
본 발명의 과제는 선행 기술에 비해 용이하고 확실한 방식으로, 절단된 콘투어를 확실하게 들어올려 이동시킬 수 있는, 방법 및 장치를 제공하는 것이고, 이 경우 직물의 콘투어에서 절단 오류가 그외 제조 공정들에 영향을 주지않으며 상기 직물은 수용 및 이송 동안 손상을 입지 않는다. 또한, 유리하게는 절단 테이블 상에 남아있는 섬유 구조가 콘투어의 이송에 의해 손상되고 및/또는 위치 변경되는 것이 방지됨으로써, 다음에 절단하려는 콘투어에서 오류가 충분히 확실하게 방지되어야 한다.
하기에서 섬유 콘투어라는 표현은 절단되어 조작될 섬유 구조에 사용되며, 콘투어라는 표현은 하기에서 절단된 직물의 외형에 관련되며, 따라서 지지판 및/또는 고정판의 외형에도 관련된다. 진공 그리퍼는 고정하여 들어올리는 전체 구조체를 의미하며, 진공 장치는 설정된 섬유 콘투어에 따라 많은 수로 진공 그리퍼 내에 존재할 수 있다.
상기 방법에 대한 과제의 해법은, 절단 테이블 상에서 섬유 콘투어가 분리 컷을 형성하면서 절단 장치에 의해 평면형 직물로부터 절단되고, 그 후에 진공 그리퍼가 섬유 콘투어 위로 이동하여, 이송 판의 표면을 절단된 섬유 콘투어와 접촉시키고 고정판을 평면형 직물과 접촉시키며, 이송 판의 제 2 표면에 배치된 진공 장치 및 이 진공 장치에 대응하는, 이송 판 내 관통 홀에 의해 섬유 콘투어가 이송 판에 고정되고, 절단 테이블로부터 들려지는 한편, 고정판이 직물을 절단 테이블 상에 고정하며, 이송 판이 들려진 후 진공 그리퍼 및/또는 고정판은 절단 테이블로부터 들려지고 섬유 콘투어가 진공 그리퍼에 의해 이송되는 것이다.
장치에 대한 과제의 해법은, 진공 그리퍼에서 하나 이상의 진공 장치가 이송 판의 제 1 표면에 배치되어 있으며, 제 2 표면은 진공 장치에 대응하는, 이송 판 내 관통 홀들을 통해 섬유 콘투어를 흡입하는 데 적합하고, 이송 판의 외측 콘투어는 실질적으로 절단된 섬유 콘투어처럼 형성되어 있으며, 상기 고정판은 이송 판과 동일한 평면에 배치될 때 이송 판을 실질적으로 갭을 형성하면서 에워싸고 고정판 및/또는 이송 판은 적절한 하나 이상의 작동 장치에 의해 2개 이상의 서로 다른 평면에서 이동할 수 있는 것이다.
또한, 직물 또는 섬유 콘투어가 상당히 당겨짐이 없이, 섬유 콘투어가 보호 방식으로 이송될 수 있으며 고정판에 의해 약간의 잔여 연결부들이 분리컷에서 분리될 수 있는 장점들이 있다.
또한, 진공 장치들이 베르누이 원리에 따라 작동하고 진공 장치의, 압축 공기 공급에 의해 발생하는 공기 유동이 이송 판과 고정판을 통해 실질적으로 섬유 콘투어 또는 직물의 분리컷으로부터 멀리 안내되며, 이 경우 분리컷에서 와류가 발생하지는 않는 것이 바람직하다. 또한, 섬유 콘투어가 지지판과 접촉하는 중에 평평하게 펼쳐지고 그로 인해 프리폼을 위한 예비 구조 상에 더 양호하게 놓일 수 있거나 또는 접착하는데 더 적합해지는 것이 바람직하다. 또한, 이송 판과 면 접촉하는 섬유 콘투어가 이송 중에 자동 영상 모니터링 장치 또는 다른 적절한 모니터링 장치에 의해, 후속 처리를 위해 그 품질이 충분한지 여부에 대하여 검사될 수 있다. 물론, 진공 장치는 저압으로도 그러나 바람직하게는 압축 공기로 작동될 수 있다.
상기 장치는 특히 상기 방법을 실시하는 데 적합하지만 독자적으로 작동될 수도 있다.
유리하게는 절단 테이블 상에 남아 있는 섬유 구조에서 그리고 들어 올려질 섬유 콘투어에서 손상 발생이 방지되는데, 그 이유는 들어올리는 동안 콘투어 근사 고정판 또는 콘투어 상응 고정판이 잔여 직물을 지면 또는 절단 테이블 상으로 누르기 때문이다. 또한, 들어 올려질 섬유 콘투어에서도 손상들이 방지되고 섬유 콘투어는 (실질적으로 이송 판들이 고정된 평면에서) 진공 그리퍼 내 진공 장치에 의해 고정된다. 또한, 진공 장치 또는 이송 판을 지나는 상기 진공 장치의 공기 유동에 의해 절단 테이블 상에 남은 직물이 들어 올려지거나 또는 선회되는 것이 고정 장치에 의해 방지될 수 있는 것이 바람직하다. 마찬가지로 유리하게는, 절단된 섬유 콘투어에 따라 바람직하게는 이송 판의 콘투어를 근사하게 실시함으로써, 들어 올려진 섬유 콘투어의 가장자리의 올이 분리컷에서 진공 장치의 공기 유동 때문에 풀리는 것이 방지된다. 동일한 내용이 다시 절단 테이블 위에 남아 있는 직물에도 적용되고, 예컨대 분리컷이 2개의 다른 섬유 콘투어의 에지를 형성하면, 이는 특히 콘투어의 최적화된 절단 어셈블리에서 유리하다. 그리고 이들은 차례로 들려져야 한다.
압축 공기에 의해 작동되는 진공 장치를 사용하면 지지판 내 관통 홀을 통해 공기가 진공 장치의 표면으로, 실질적으로 베르누이 벤튜리 원리에 따라 당겨진다. 이 관통 홀들은 이를 위해 적합한 홀들 또는 장공들일 수 있고, 이의 배치 또는 크기는 테스트를 통해 결정될 수 있으며 특히 직물의 종류, 공기 유동의 세기 및 다른 팩터에 의존한다.
본 발명의 대상의 그외 유리한 조치들 및 실시예들은 종속항들 및 도면을 참고로 하는 하기 설명에 제시된다.
도 1은 가요성 직물의 수용시 선행 기술에 따른 종래 진공 장치의 단면도이다.
도 2는 가요성 직물의 수용시 이송 판을 포함하는 본 발명에 따른 진공 장치의 다른 단면도이다.
도 3은 이송 판의 콘투어 및 그 위에 배치된 진공 장치의 콘투어의 평면도이다.
도 4는 도 3에 따른 이송 판의 콘투어 및 그 위에 배치된 진공 장치 그리고 추가로 그에 대응하는 고정판과 그 사이에 배치된 갭을 도시한 다른 평면도이다.
도 5는 측면에서 절단한 도 3에 따른 리프팅 장치 및 추가로 고정판을 위한 작동 장치를 도시한 확대도이다.
도 1에는 가요성 직물을 수용할 때 선행 기술에 따른 종래 진공 장치의 단면도가 도시되어 있으며, 상기 직물은 베르누이 효과가 미치는 동안 변형되고 진공 장치(1)에 필요한 중공 챔버 안으로 끌어 당겨진다. 또 분명하게 알 수 있는 점은 지지체(11)가 진공 장치(1)의 외주에 배치되어 섬유 콘투어(3) 위에 자국을 남기기에 적합하다는 것이다. 압축 공기 공급부(2)의 공기 유동들이 화살표로 표시되어 있다.
도 2에는 민감한 섬유 콘투어(3)가 변형되는 것을 막기 위해 진공 장치(1)의 외측 콘투어를 지나 돌출하는 평면형 이송 판(4)이 도시되어 있다. 그러나 진공 장치(1)의 상기 효과가 섬유 콘투어(3)에 작용하도록 하기 위해, 진공 장치(1)에 대응하게 배치된 홀, 장공 또는 다른 적절한 관통 홀(14)이 이송 판(4)에 제공되어 있으므로, 공기 유동이 지나가면서 일종의 벤튜리 효과를 관통 홀(14) 안에 일으키고, 이는 이송 판(4)에 대한 섬유 콘투어의 부착을 일으킨다.
도 3에는 이송 판(4)의 콘투어 및 그 위에 배치된 진공 장치(1)의 평면도가 도시되어 있다. 이송 판(4) 뒤에 있는 섬유 콘투어(3)는 상기 이송 판에 의해 실질적으로 은폐되며, 또한 관통 홀(14)이 보이지 않지만, 이는 이송 판(4)과 진공 장치(1)의 접촉 지점들 밖에 관통 홀의 배치 가능성을 배제하는 것은 아니다.
도 4에는 도 3에 따른 이송 판(4)의 콘투어 및 그 위에 배치된 진공 장치(1) 및 추가로 그에 대응하는 고정판(5)과 이들 사이에 형성되는 갭(9)의 다른 평면도가 도시되어 있다. 유리하게, 갭(9)은 섬유 콘투어(3)의 윤곽과 실질적으로 유사하므로, 압축 공기가 진공 장치로부터 나올 때 섬유 콘투어(3)와 직물(6) 사이의 분리컷(12)이 상기 공기 유동에 의해 방해받지 않는다.
도 5에는 측면에서 절단한 도 3에 따른 진공 그리퍼 또는 리프팅 장치 및 이에 추가로 고정판(5)을 위한 작동 장치(8)를 도시한 확대도가 도시되어 있다. 이 확대도에서 섬유 콘투어(3)는 이송 판(4)을 통해 그리고 분리컷(12)에 인접한 직물(6) 영역은 고정판(5)에 의해 절단 테이블(7) 위에 고정된다(1422).
1 진공 장치
2 압축 공기 공급부
3 섬유 콘투어
4 이송 판
5 고정판
6 직물
7 절단 테이블
8 작동 장치
9 갭
10 절단 지점
11 지지체
12 분리컷
14 관통 홀

Claims (6)

  1. 섬유 강화 플라스틱 성형품들을 제조하기 위한 예비 단계로서 단층의 또는 다층의 프리폼을 제조하는 중에 평면형 직물에서 절단된 섬유 콘투어를 진공 그리퍼에 의해 이송하기 위한 방법에 있어서,
    1.1 섬유 콘투어(3)가 절단 테이블(7) 상에서 분리 컷(12)을 형성하면서 평면형 직물(6)로부터 절단 장치에 의해 절단되는 단계,
    1.2 진공 그리퍼가 섬유 콘투어(3) 위로 이동하여 이송 판(4)의 표면을 상기 절단된 섬유 콘투어(3)와 접촉시키고 그리고 고정판(5)을 상기 평면형 직물(6)과 접촉시키는 단계,
    1.3 상기 이송 판(4)의 제 2 표면에 배치된 진공 장치(1) 및 상기 진공 장치에 대응하는 상기 이송 판(4) 내 관통 홀(14)에 의해, 상기 섬유 콘투어(3)가 상기 이송 판(4)에 고정되어 상기 절단 테이블로부터 들려지는 한편, 상기 고정판(5)은 상기 직물(6)을 상기 절단 테이블(7) 상에 고정하는 단계,
    1.4 상기 이송 판(4)이 들려진 후 상기 진공 그리퍼 및/또는 상기 고정판(5)이 상기 절단 테이블(7)로부터 들려지고 상기 섬유 콘투어(3)가 상기 진공 그리퍼에 의해 이송되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 진공 장치(1)는 베르누이 원리에 따라 작동하고, 상기 진공 장치의, 압축 공기 공급부(2)를 통해 발생하는 공기 유동들이 상기 이송 판(4)과 상기 고정판(5)에 의해 실질적으로 상기 섬유 콘투어의 상기 분리컷(12)으로부터 멀리 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 섬유 콘투어가 지지판(3)과 접촉하는 중에 평평하게 펼쳐지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 적절한 장치를 통해 다축으로 이동될 수 있는 진공 그리퍼에 의해, 섬유 강화 플라스틱 성형품들을 제조하기 위한 예비 단계로서 단층의 또는 다층의 프리폼을 제조하는 중에 평면 직물로부터 절단된 섬유 콘투어를 이송하기 위한 장치로서,
    상기 진공 그리퍼에서 하나 이상의 진공 장치(1)가 이송 판(4)의 제 1 표면에 배치되어 있으며,
    제 2 표면이 상기 진공 장치(1)에 대응하는, 상기 이송 판 내 관통 홀(14)을 통해 섬유 콘투어(3)를 흡입하는 데 적합하고 상기 이송 판(4)의 외측 콘투어는 실질적으로 절단된 섬유 콘투어(3)처럼 형성되어 있으며,
    상기 고정판(5)은 상기 이송 판(4)과 동일한 평면에 배치될 때 실질적으로 갭(9)을 형성하면서 상기 이송 판을 에워싸고,
    상기 고정판(5) 및/또는 상기 이송 판(4)은 하나 이상의 적절한 작동 장치(8)에 의해 2개 이상의 사로 다른 평면에서 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 진공 장치(1)가 저압 또는 압축 공기로 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서, 상기 방법을 실시하기 위한 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
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