WO2014086482A1 - Verfahren zum herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen halbzeugmaterials mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten lage und system zum durchführen des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen halbzeugmaterials mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten lage und system zum durchführen des verfahrens Download PDF

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fiber
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Peter Michel
Rick Göschel
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    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a two-ply or multi-ply sheet-like semifinished product having at least one unidirectionally fiber-reinforced ply and to a system for carrying out the method.
  • Web-shaped semifinished products having two unidirectionally fiber-reinforced layers, in which the direction of extension of the fibers of one layer differs from the direction of extension of the fibers of the other layer, are produced in known methods using expensive devices in order to be able to realize in particular the different directions of extension.
  • EP 1 719 609 A2 a method is known with which such a sheet-like semi-finished material can be produced, wherein in particular this known method is only suitable for the production of a two-ply sheet-like semi-finished material.
  • This object is achieved by a method having the features of claim 1 and solved by a system having the features of claim 16.
  • the method according to the invention for producing a two-ply or multi-ply sheet-like semifinished product or sheet-like semifinished product with at least one unidirectionally fiber-reinforced ply comprises the steps A to I for producing a two-ply or multi-ply sheet-like semifinished product, wherein advantageously also by means of the method according to the invention it is possible to produce a semifinished product having more than two unidirectionally fiber-reinforced layers whose directions of fiber extension can differ from one another, by continuing the method with step G in step F.
  • the method of the invention thus enables the production of a semi-finished material with any number of layers, each layer unidirectional - ie in at least one direction, or substantially only in a single R is fiber-reinforced, and wherein at least two layers have mutually different fiber directions of extension.
  • the pieces of material provided in step C are laid flat in the longitudinal direction of the carrier web in the direction provided in step D and / or G successively and adjacent to one another on the carrier web or the last formed layer.
  • the laying of the pieces of material can in this case be carried out in a simple manner with a comparatively very little technical effort, without having to provide elaborate conveyor belts or the like, as in known solutions, in particular in the known from EP 1 719 609 A2 solution Case is.
  • the hang up can be automated or manual.
  • Semifinished or semi-finished material is particularly advantageous as semi-finished 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 longitudinal supports or in general in particular for the production of motor vehicle structural parts.
  • the method according to the invention makes it possible, by placing in accordance with step D and / or step G in conjunction with the group-specific separation angles provided in step C, to be able to advantageously provide any angles during alignment and thus advantageously also any desired number of different fiber extensions. form directions in the semifinished material.
  • the fiber extension directions of the layers of the sheet-like semifinished product or of the sheet-like semifinished product can be changed without costly modifications of a corresponding system.
  • a semifinished product material adapted to the respective application can be produced, from which the material for a fiber-reinforced molded part can be separated, which advantageously can have a distribution of fiber directions or fiber extension directions adapted to a predetermined loading situation.
  • the molded part can absorb the greatest forces or in the fiber extension direction, the component has a particular high strength, without having to provide a disadvantageous effect on the weight thickening of the material or a different type of reinforcement.
  • Semi-finished material are used as semi-finished material (or semi-finished) for the production of fiber-reinforced moldings for motor vehicles.
  • steps A, B and C can be performed in any order or at the same time or substantially simultaneously.
  • the steps D to I are preferably carried out successively, ie step E to D and step F to E, etc., and further preferably to step A and B.
  • the step C can also be carried out during each step of the steps E to I with regard to the pieces of material which are to be used for next and subsequent lay-up operations in step D and / or G, respectively.
  • the provision of steps A, B and / or C can in particular also take place during the execution of the method in parallel with one of the steps G to I.
  • each piece of material is received by at least one receiving device (or at least one gripper) of at least one transport device and then transported by the transport device to the carrier web and / or the last formed layer and placed by the receiving device on the carrier web and / or the last formed layer
  • the receiving device may preferably comprise a suction device for receiving or holding the piece of material by suction, with which a in a simple and practical way vorappelbares picking and storing the or the pieces of material is possible.
  • the transport device can be embodied particularly preferably in the form of an industrial robot which has a manipulator or robotic arm with at least one receiving device in the form of an effector or gripper.
  • the transport device may comprise a tetrapod robot or a robot with five axes or a linear guide.
  • the receiving device can be particularly preferably designed in the form of a system which is adapted to align the pieces of material at any angle to the longitudinal extent of the carrier web.
  • a receiving device specifically designed for each desired alignment angle can be provided, the dimensioning of which can be adapted in particular to the dimensioning of the respective material piece.
  • step (E) or (H) the arrangement of carrier web and applied pieces of material, wherein at or before consolidating the thermoplastic material of Carrier web and the thermoplastic material of each or at least a number of parts of the material pieces of the arrangement is transferred by heating up to or above the melting temperature at least partially in a plastically deformable state.
  • fixing the position of each piece of material is sufficient to be able to roll up the two-layer or multi-layered sheet-like semi-finished material (ie to produce a roll product) or to produce and palletise plate goods by means of an integrated trimming and palleting unit, and only in a later step to consolidate or immediately transform into a component and only then consolidate.
  • the two-ply or multi-ply web-like semi-finished material need not be directly consolidated, but can be wound up and fed in a separate step of consolidation and consolidated.
  • Semi-finished materials can either be rewound according to the layer structure to be set and later consolidated or consolidated together and cut to a consolidated sheet and palletized.
  • the two-ply or multi-ply semifinished product can not be immediately consolidated, but can be cut to size in sheet-fixed condition and palletized.
  • This plate product is then subjected to consolidation in a separate step.
  • the individual plate-shaped and position-fixed semifinished products, ie the plate goods can be stacked to form a desired layer structure and then consolidated.
  • this plate product can be twisted to each other before or during the layer construction.
  • the end product is in any case a fully consolidated plate product.
  • Consolidation according to the invention is a compacting or compacting of the arrangement by juxtaposing the carrier web and the pieces of material to understand, the arrangement comprises the carrier web and all pieces of material, ie the material pieces of all layers formed.
  • thermoplastic material of the carrier web and the thermoplastic material of each or at least a portion of the pieces of material of the arrangement up to or above the melting temperature for at least partially transferring into a plastically deformable state
  • the consolidation advantageous cohesive connections between the pieces of material or form between the pieces of material and the carrier web.
  • Semi-finished material or a semi-finished product with a high strength or compactness maraf- fen which is particularly suitable for the production of moldings, which are exposed to particularly high loads in the application.
  • a pressing device which has two closed pressing surfaces which are rotatable in opposite directions and facing each other, wherein the assembly is pulled by rotating the pressing surfaces between the pressing surfaces and thereby pressed.
  • the pressing device may comprise a double belt press or be a double belt press or be formed in the form of a double belt press.
  • each piece of material for positional fixing is adhesively bonded to the carrier web by at least partial heating of the thermoplastic material of the carrier web up to or above the melting temperature and / or by at least partial heating of the thermoplastic Plastic material of each of the pieces of material up to or above the melting temperature.
  • Cohesive connections are formed as a result of the heating by the fact that the connection partners have contact with each other by the surface placement in step D or brought into contact with each other.
  • each piece of material for fixing firmly bonded to at least the last formed fiber reinforced layer by at least partially heating the thermoplastic material at least the last formed fiber reinforced layer up to or above the melting temperature and / or by at least partially heating the thermoplastic material of each of the pieces of material up to or above the melting temperature.
  • Cohesive connections are formed as a result of the heating by the fact that the connection partners have contact with each other by the surface placement in step G or brought into contact with each other.
  • the connection partners are bonded together by laser welding, ultrasonic welding, high-temperature welding, hot gas welding or friction welding.
  • the at least one receiving device above can preferably have at least one welding device for materially connecting the connection partners, which is set up, the connection partners by laser welding, ultrasonic welding, high-temperature welding, hot gas welding or Friction welding when laying on or after laying cohesively to connect together.
  • the connection partners by laser welding, ultrasonic welding, high-temperature welding, hot gas welding or Friction welding when laying on or after laying cohesively to connect together.
  • high-temperature welding a very rapid welding is advantageously possible. Since the welding or cohesive bonding in each case takes place with the last-formed fiber-reinforced layer, lower layers or multilayer substructures have no influence on the welding times, such that they can not adversely affect the welding times.
  • the carrier web is unidirectional fiber-reinforced.
  • all layers - the carrier web is then one of the layers - fiber-reinforced, which may be of great advantage depending on the application, eg for molded parts where fiber reinforcement in the outermost layers is required or desired ,
  • the carrier web is moved in the longitudinal direction for the continuous production of the sheet-like semi-finished material.
  • the method according to the invention can advantageously be converted into a partially or completely automated manufacturing process, e.g. integrated into a production line.
  • the carrier web can also be moved cyclically.
  • the carrier web may be formed from a plurality of individual carrier webs, which are unwound side by side.
  • the carrier web can be wound on a winding unit, and the carrier web is moved by unwinding from the winding unit in its longitudinal direction.
  • the carrier web can be unwound from a single reel or alternatively from a plurality of small reels which are arranged next to one another in such a way that, taken together, they form the carrier web and are moved by unwinding from the reel unit in its longitudinal direction.
  • step D and / or in step G the pieces of material for laying the pieces of material are moved following the movement of the carrier sheet in such a way that the pieces of material are in a resting state relative to the carrier sheet.
  • This has the advantage that positioning errors or positioning inaccuracies when laying the pieces of material due to existing relative movements between pieces of material and carrier web can be effectively avoided.
  • markings spaced apart from one another on the carrier web are preferably provided for detecting the speed of the carrier web, which markings are arranged consecutively in the longitudinal direction of the carrier web.
  • the markers can be optically detected in order to determine the above dormant state, in which the marks stand still relative to the piece of material or not move.
  • the pieces of material may provide corresponding markings, so that a detection of the speed of the carrier web over this is possible.
  • the marking can be advantageously produced when separating from the web-shaped material.
  • the material pieces of a group are arranged in a material piece receptacle provided for the group, and in step D and / or step G the pieces of material are removed from the material piece receptacle separated and placed on the Carrier web and / or the last formed layer moves.
  • each group material piece recordings By providing provided for each group material piece recordings the pieces of material before placing in accordance with step D and / or step G from external influences - such. As dirt - are protected.
  • a specially provided conveyor belt can be used, which works, for example, in the manner of a single-sheet feeder of a copier.
  • the inventive system for carrying out a method according to the invention comprises at least one transport device and at least one delivery unit with at least one separating device for separating the material pieces from the web-shaped material, wherein the transport device is adapted to receive the provided material pieces and to form the at least one fiber-reinforced layer the carrier web and / or the last formed layer to transport and according to step (D) on the carrier web or according to step (G) hang on the last formed fiber reinforced layer.
  • the transport device preferably has at least one receiving device, with which each piece of material or the material pieces can be received and placed on the carrier web and / or the last formed layer is / are, wherein the receiving device preferably a suction device for receiving or holding the piece of material Suction can include, with which a vorlangbares in a simple and practical way receiving and storing the material pieces or is possible.
  • the transport device can be embodied particularly preferably in the form of an industrial robot which has a manipulator or robotic arm with at least one receiving device, which may be e.g. may be formed in the form of an effector or gripper.
  • the severing device for separating the pieces of material from the web-shaped material may comprise a cutting device or a laser cutting device or an ultrasound cutting device or the separating may be e.g. be made by these devices.
  • the separation of the pieces of material may e.g. also by an abrasive separation process, e.g. Water jet cutting done.
  • the system comprises a sensor system for detecting the position of each piece of material on the carrier web and / or on the last-formed fiber-reinforced ply
  • the transport infeed preferably comprises a control device which is adapted to position data dependent on the position of the piece of material , which were detected by the sensor system, and in the case of an existing deviation of the acquired position data from predetermined position data. to control the transport means for correcting the position of the piece of material on the carrier web or the last formed fiber-reinforced layer.
  • the predetermined position data are position data which depend on a desired or predetermined position of the respective piece of material on the carrier web and / or the last-formed fiber-reinforced layer.
  • the sensor system in cooperation with the control device, advantageously enables position monitoring and position correction of the material pieces, accompanied by the provision of a faultless or virtually defect-free production process, which can comprise, in particular, an angle-accurate and gap-free or nearly gap-free placement of the material pieces in step D and / or G.
  • the thermoplastic plastic material of the carrier web and / or the sheet-like material may polyamide (PA), in particular polyamide 6 and polyamide 6.6, polypropylene (PP), polyethylene (PE), POM (polyoxymethylene), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyethylene terephthalate (PET), comparable engineering or high temperature plastic materials, or combinations of the aforementioned plastic materials.
  • the fibers or reinforcing fibers of the sheet-like material are at least partially or completely surrounded by the thermoplastic material or at least partially or entirely embedded in the thermoplastic material or in the thermoplastic matrix. The same applies accordingly to the fibers or reinforcing fibers of the pieces of material provided in step C by the successive separation.
  • the fibers are preferably mineral fibers, in particular glass fibers, and / or
  • the fibers are endless fibers or formed as continuous fibers. Endless fibers are fibers which essentially completely pass through the respective piece of material or the sheet-like material in one direction.
  • Fig. 1 to 5 are very schematic representations to illustrate a plurality
  • Fig. 7 to 9 are very schematic representations to illustrate other
  • FIG. 1 serves to illustrate an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a two-ply web-shaped semifinished product having a unidirectionally fiber-reinforced layer.
  • a system 10 according to the invention is used, which comprises a transport device 12 shown very schematically and a delivery unit 14 shown very schematically.
  • the provision unit 14 has a separating device 16 - which may be formed in particular in the form of a cutting machine 16 - for separating the pieces of material 18 from a provided according to step B web-like material 20.
  • the delivery unit 14 comprises a conveyor belt 24 extending transversely to a carrier web 22, via which the web-shaped material 20 or the web-shaped semifinished product 20 - which is unidirectionally fiber-reinforced in at least one direction (compare Fiber 26, wherein for the sake of simplicity of illustration only a fiber 26 is shown) can be fed to the severing device 16 and over which severed pieces of material 18 can be moved toward the carrier web 22.
  • the transport device 12 is adapted to pick up provided pieces of material 18 and to transport them to form at least one fiber-reinforced layer 28 to the carrier web 22 and / or the last formed layer (if the formation of several layers is desired) and according to step (D) on the carrier web 22 or according to step (G) on the last-formed fiber-reinforced layer (if the formation of multiple layers is desired) hang up.
  • the transport device 12 is designed in the form of an industrial robot with a receiving device 30.
  • the ma- material pieces 18 are receivable and placed on the carrier web 22 and / or the last formed layer, wherein the receiving device 30 a suction device (not illustrated here) for receiving or holding the respective piece of material 18 by suction includes, with which a simple and practical vorICEbares receiving and storing the material pieces 18 according to the manner provided in step D and / or provided in step G is possible.
  • FIG. 1 The embodiment of a method according to the invention for producing the two-ply web-shaped, which is illustrated very schematically by FIG.
  • Semi-finished material having a unidirectionally fiber-reinforced layer comprises the steps: (A) providing the carrier web 22 from a flat carrier material which consists at least partially of a thermoplastic plastic material, wherein the carrier web 22 may be formed in particular in the form of a thermoplastic film 22,
  • thermoplastic material 27 (B) providing a web-shaped material 20, wherein the material 20 is formed flat and unidirectional fiber-reinforced, and wherein the material 20, the fibers 26 (for ease of illustration only one fiber 26 shown) at least partially surrounding thermoplastic material 27 comprises .
  • step (D) removing pieces of material 18 from the group for forming a fiber reinforced layer 28 by laying flat the pieces of material 18 on the carrier web 22, wherein the pieces of material 18 for forming the position in the longitudinal direction of the carrier web 22 consecutively and adjacent to each other of the receiving device 30 of Transport device 12 are placed flat on the carrier web 22, wherein at the Aufle- the linear cutting edges 36 formed in the separation according to step (C) - for parallel alignment of the fibers 26 (for simplicity of illustration, only one fiber 26 is shown) of the material pieces 18 of this group - at an equal angle to the longitudinal extent of the carrier web 22 or - As here - parallel to the longitudinal extent of the carrier web 22 are aligned (also symbolized by the schematic rotation arrow), by the transport device 12 and the receiving device 30 of the transport device 12,
  • the carrier web 22 is moved in its longitudinal direction (see corresponding arrow) while the supply unit 14 remains stationary.
  • Fig. 2 The illustrated in Fig. 2 embodiment of a method according to the invention differs from that shown in Fig. 1 in that here a
  • step (F) Semi-finished material having a plurality of fiber-reinforced layers 28 is formed with mutually differing fiber extension directions, for this in step (F), the process is not terminated, but continued with step (G), wherein the step (G), the removal of pieces of material 18 provides from a further group provided in step (C), wherein the material pieces 18 for forming a further fiber-reinforced layer 28 in the longitudinal direction of the carrier web 22 consecutively and adjacent to the last formed layer 28 - that in step (D) formed layer 28 (see above), wherein when laying the linear cutting edges 36 formed in the separation according to step (C) for parallel alignment of the fibers 26 (for ease of illustration only one fiber 26 is shown) of the pieces of material 18 are aligned parallel to the longitudinal extent of the carrier web 22.
  • a fiber-reinforced layer 28 is formed as a result of the group-specific separation angle 34 provided for the further group (compare lower supply unit 14), the fiber extension direction of which extends from the fiber extension direction in FIG.
  • Step (D) formed layer 28 is different or skewed to this aligned.
  • step (H) the position fixing of each piece of material 18 takes place with at least the last-formed fiber-reinforced layer 28, and in step (I), the termination of the method or optionally continuing the method with step (G) to form a further layer using a third - not shown - supply unit.
  • the system 10 used in FIG. 2 has two supply units 14 and two transport devices, wherein the two transport devices, which may be identical in construction to the transport device illustrated in FIG. 1, in FIG. 2 are not shown.
  • the upper supply unit 14 is provided for forming the lower layer 28, and the lower supply unit 14 is provided for forming the upper layer 28.
  • a sheet-shaped semi-finished material can be produced, in the fiber extension directions of the layers according to the sequence 0 +45
  • Each delivery unit can thereby supply one or more angles, this being e.g. can also be selected continuously from 20 ° to 90 ° or even from 1 ° to 90 °.
  • the exemplary embodiment of a method according to the invention illustrated in FIG. 3 differs from that shown in FIG. 1 in that the delivery unit 14 or the conveyor belt 24 extends parallel to the carrier web 22, which may be more advantageous depending on the room situation or requirement profile.
  • the transport device used here (not shown in Fig. 3) may be identical to the transport device shown in FIG. 1.
  • step C the material pieces 18 of a group are arranged in a material piece receptacle 38 or magazine 38 provided for the group, and in step D and / or step G, the material pieces 18 are removed from the material piece receptacle 38 or magazine 38 separated (see Fig. 5) and placed on the carrier web 22 for laying on the carrier web 22 and / or laying on the last formed layer 28 are moved to the last formed layer 28.
  • FIGS. 6A to 6D serve to illustrate exemplary embodiments of the method according to the invention in which a position fixing takes place by means of welding devices (to simplify the representation, no fibers are shown here).
  • a piece of material 18 (see Fig. 6A) which has already been cut off by step C is removed from four Receiving devices 30 of a gripper system 40 of a transport device (not shown in detail) received at four spaced apart areas (see Fig. 6B) and then transported by the transport device to the carrier web 22 and / or the last formed layer 28 and from the receiving devices 30 and the gripper system 40 according to step D and / or step G on the carrier web 22 and / or the last formed layer 28 laid (see Fig. 6C).
  • each of the receiving devices 30 has a welding device (not illustrated) in order to be able to fix the position by materially connecting the connection partners, ie by integrally joining pieces of material 18 of different layers and / or by cohesive bonding of pieces of material 18 with the carrier web 22.
  • Each of the welding devices is set up to connect the connection partners by laser welding when hanging up or after placing cohesively together.
  • each of the welding devices can be set up to join the connection partners together by ultrasonic welding, high-temperature welding, hot gas welding or friction welding when laying on or after laying.
  • FIG. 6D illustrates the state after laying on, and shows that a material piece 18 for fixing the position via four spot welds 42 is adhesively bonded to the carrier web 22 or at least to the layer 28 formed last.
  • FIG. 7 shows a very schematic representation to illustrate an exemplary embodiment of the method according to the invention in which the carrier web 22 is moved in the longitudinal direction thereof for continuous production of the web-shaped semifinished product in that the carrier web 22 is unwound from a winding unit 44.
  • the material pieces on the carrier web 22 in step D and / or in the flat laying of the material pieces on the last formed layer 28 in step G - or at the location of the flat laying the pieces of material on the Last formed layer 28 in step G - the carrier web 22 at a fixing surface 48 of a support device 50 at least partially fixed in place by, for example, a suction of the carrier web 22nd
  • an automatic changing system (not shown) may be provided, which may in particular be designed to accommodate new and old carrier webs. the connect to allow a quasi-endless process. In order to avoid a stoppage of the system, a subsequent unwinding or unwinding memory can be provided. Changing systems and storage may be provided in any of the systems shown in Figs. 7-9.
  • the carrier web 22 can also lie on a moving conveyor belt (not illustrated here) for the purpose of moving at least in sections, wherein the carrier web 22 can be sucked onto the conveyor belt at least in regions for fixing to it, accompanied by a strong and uniform adhesion to the conveyor belt. derband, wherein the conveyor belt for sucking holes or openings or a partial air permeability or a partial lattice structure.
  • a pulling device 52 is provided for unwinding from the winding unit 44 or for moving the carrier web 22 and the finished web-shaped semifinished material 54 is wound onto a receiving roller 56 or a reeling station 56.
  • Fig. 8 illustrates an embodiment wherein the finished semifinished material 54 rolled up onto the receiving roll 56 (see Fig. 7) is pulled therethrough for subsequent consolidation in a consolidation system 58.
  • the consolidation system 58 comprises a press apparatus in the form of a double belt press (not illustrated here) and a heating zone 60 and a cooling zone 62.
  • a cutting device 64 for vertical cutting and an edge cutting device 66 are provided.
  • rolling up of the semifinished product material 54 onto a further receiving roller 68 may be provided, in which case no vertical cutting is undertaken.
  • two drawbars 52 may be provided.
  • the cutting device 64 may comprise a knife cutting device, a laser cutting device or an ultrasonic cutting device.
  • the cutting of the pieces of material can, for example, also be effected by an abrasive separation process, such as, for example, water jet cutting.
  • an abrasive separation process such as, for example, water jet cutting.
  • the system shown in FIG. 9 additionally has at least one unwinding unit 70, from which at least one additional cover layer 72 can be unrolled by being drawn into the double belt press of the consolidation system 58 for surface bonding to the fiber-reinforced semifinished material 54.
  • the cover layer 72 may be a two-ply or multi-ply web-shaped article already produced by the process according to the invention
  • thermoplastic cover sheet and / or another unidirectional fiber-reinforced sheet material having a thermoplastic at least partially surrounding the thermoplastic material.
  • Unroll semi-finished materials 54 in order to enable very complex layer constructions. It is also conceivable to introduce core material in order to obtain a semi-finished sandwich product after consolidation.

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials (54) mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten Lage (28) umfassend Schritte (A) bis (I). Ferner offenbart die Anmeldung ein System (10) zum Durchführen des Verfahrens.

Description

Verfahren zum Herstellen eines zweitägigen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten Lage und
System zum Durchführen des Verfahrens
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials mit wenigstens einer unidirektional faserver- stärkten Lage und ein System zum Durchführen des Verfahrens.
Bahnförmige Halbzeugmaterialen mit zwei unidirektional faserverstärkten Lagen, bei denen sich die Erstreckungsrichtung der Fasern einer Lage von der Erstreckungsrichtung der Fasern der andern Lage unterscheidet, werden bei bekannten Verfahren unter Verwendung von aufwendigen Vorrichtungen hergestellt, um insbesondere die unterschiedlichen Erstre- ckungsrichtungen realisieren zu können. Aus der EP 1 719 609 A2 ist ein Verfahren bekannt, mit welchem ein derartiges bahnförmiges Halbzeugmaterial herstellbar ist, wobei sich insbesondere dieses bekannte Verfahren nur für die Herstellung eines zweilagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials eignet.
Zugrundeliegende Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber den bekannten Lösungen technisch wesentlich weniger aufwendiges Verfahren zum Herstellen eines bahnförmigen Halbzeugmaterials anzugeben, mit welchem auch die Herstellung eines Halbzeugmaterials mit mehr als zwei unidirektional faserverstärkten Lagen möglich ist, deren Faser-Erstreckungsrichtungen sich voneinander unterscheiden können, und ein System zum Durchführen des Verfahrens anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
- 1 -
BESTÄTIGUNGSKOPIE Das erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials bzw. bahnförmigen Halbzeugs mit wenigstens einer unidi- rektional faserverstärkten Lage umfasst die Schritte A bis I zum Herstellen eines zweilagi- gen oder mehrlagigen bahnförmigen Halbzeugmaterials, wobei mittels bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auch die Herstellung eines Halbzeugmaterials mit mehr als zwei unidirektional faserverstärkten Lagen möglich ist, deren Faser- Erstreckungsrichtungen sich voneinander unterscheiden können, und zwar durch Fortführen des Verfahrens mit Schritt G in Schritt F. Im Unterschied zu bekannten Lösungen, ins- besondere im Unterschied zu der aus der EP 1 719 609 A2 bekannten Lösung, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren also die Herstellung eines Halbzeugmaterials mit beliebig vielen Lagen, wobei jede Lage unidirektional - also in wenigstens einer Richtung, oder im Wesentlichen nur in einer einzigen Richtung - faserverstärkt ist, und wobei wenigstens zwei Lagen sich voneinander unterscheidende Faser-Erstreckungsrichtungen aufweisen.
Zum Bilden jeder der Lagen werden die in Schritt C bereitgestellten Materialstücke in der gemäß Schritt D und/oder G vorgesehenen Weise in Längsrichtung der Trägerbahn aufeinander folgend und aneinander anliegend auf die Trägerbahn bzw. die zuletzt gebildete Lage flächig aufgelegt. Das Auflegen der Materialstücke kann hierbei auf einfache Weise mit einem vergleichsweise sehr geringen technischen Aufwand vorgenommen werden, und zwar ohne hierfür aufwendige Förderbänder oder dergleichen vorsehen zu müssen, wie es bei bekannten Lösungen, insbesondere bei der aus der EP 1 719 609 A2 bekannten Lösung der Fall ist. Das Auflegen kann automatisiert oder manuell erfolgen. Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbares mehrlagiges faserverstärktes
Halbzeug bzw. Halbzeugmaterial 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, Kofferraummulden, Radträgern, Querträgern oder Längs- trägem oder allgemein insbesondere für die Herstellung von Kraftfahrzeug-Strukturteilen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es durch das Auflegen gemäß Schritt D und/oder Schritt G in Verbindung mit den in Schritt C vorgesehen gruppenspezifischen Trennwinkeln vorteilhaft beliebige Winkel beim Ausrichten vorzusehen zu können und da- mit vorteilhaft auch eine beliebige Mehrzahl unterschiedlicher Faser-Erstreckungs- richtungen in dem Halbzeugmaterial auszubilden. Insbesondere durch die einfach mögliche Veränderung des Trennwinkels können die Faser-Erstreckungsrichtungen der Lagen des bahnförmigen Halbzeugmaterials bzw. des bahnförmigen Halbzeugs, ohne aufwendige Umbauten eines entsprechenden Systems, verändert werden. Damit kann vorteilhaft ein an jeweiligen Anwendungsfall angepasstes Halbzeugmaterial hergestellt werden, von welchem das Material für ein faserverstärktes Formteil abtrennbar ist, das vorteilhaft eine an eine vorgegebene Belastungssituation angepasste Verteilung von Faserrichtungen bzw. Faser- Erstreckungsrichtungen aufweisen kann. In einer Faser-Erstreckungsrichtung kann das Formteil die größten Kräfte aufnehmen bzw. in der Faser-Erstreckungsrichtung weist das Bauteil eine besondere hohe Festigkeit auf, und zwar ohne eine sich nachteilig auf das Gewicht auswirkende Verdickung des Materials oder eine andersartige Verstärkung vorsehen zu müssen.
Insbesondere kann also das durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbare
Halbzeugmaterial (bzw. Halbzeug) als Halbzeugmaterial (bzw. Halbzeug) für die Herstellung von faserverstärkten Formteilen für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
Durch die Bennennung der Schritte mit den Buchstaben A bis I wird keine Bindung bzw. keine ausschließliche Bindung an eine zeitliche Reihenfolge verfolgt. Die Buchstaben die- nen lediglich der Bennennung bzw. Kennzeichnung der Schritte. So können die Schritte A, B und C in beliebiger Reihenfolge oder auch zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich vorgenommen werden. Die Schritt D bis I werden vorzugsweise aufeinanderfolgend vorgenommen, also Schritt E nach D und Schritt F nach E usw., und weiter vorzugsweise nach Schritt A und B vorgenommen. Der Schritt C kann im Hinblick auf die Materialstücke, wel- che erst für übernächste bzw. spätere Auflegevorgänge in Schritt D und/oder G verwendet werden sollen, auch während jedes Schritts der Schritt E bis I vorgenommen werden. Das Bereitstellen in den Schritten A, B und/oder C kann insbesondere auch während der Durchführung des Verfahrens parallel zu einem der Schritte G bis I erfolgen. Bevorzugt wird jedes Materialstück von wenigstens einer Aufnahmevorrichtung (bzw. wenigstens einem Greifer) wenigstens einer Transporteinrichtung aufgenommen und anschließend von der Transporteinrichtung zu der Trägerbahn und/oder der zuletzt gebildeten Lage transportiert und von der Aufnahmevorrichtung auf die Trägerbahn und/oder die zuletzt gebildete Lage gelegt. Die Aufnahmevorrichtung kann bevorzugt eine Saugeinrichtung zum Aufnehmen bzw. Halten des Materialstücks durch Saugkraft umfassen, mit welcher ein auf einfache und praktische Weise vornehmbares Aufnehmen und Ablegen des bzw. der Materialstücke möglich ist.
Die Transporteinrichtung kann besonders bevorzugt in Form eines Industrieroboters aus- gebildet sein, der einen Manipulator bzw. Roboterarm mit wenigstens einer Aufnahmevorrichtung in Form eines Effektors bzw. Greifers aufweist. Insbesondere kann die Transporteinrichtung einen Tetrapodenroboter oder einen Roboters mit fünf Achsen oder eine Linearführung umfassen. Die Aufnahmevorrichtung kann besonders bevorzugt in Form eines Systems ausgebildet sein, das eingerichtet ist, die Materialstücke in jedem beliebigen Winkel zur Längserstreckung der Trägerbahn auszurichten. Alternativ kann eine für jeden erwünschten Ausricht-Winkel spezifisch eingerichtete Aufnahmevorrichtung vorgesehen werden, deren Dimensionierung insbesondere an die Dimensionierung des jeweiligen Materialstücks angepasst sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Lagefixieren der Materialstücke der letzten bzw. allerletzten vorgesehenen faserverstärkten Lage gemäß Schritt (E) oder (H) die Anordnung aus Trägerbahn und aufgelegten Materialstücken unmittelbar konsolidiert, wobei bei oder vor dem Konsolidieren das thermoplastische Kunststoffmaterial der Trägerbahn und das thermoplastische Kunststoff- material jedes oder wenigstens einer Teilanzahl der Materialstücke der Anordnung durch Erwärmen bis an oder über deren Schmelztemperatur wenigstens bereichsweise in einen plastisch verformbaren Zustand überführt wird.
Alternativ reicht das Lagefixieren jedes Materialstücks aus, um das zweilagige oder mehr- lagige bahnförmige Halbzeugmaterials aufrollen (also eine Rollenware zu erzeugen) zu können, oder mittels einer integrierten Beschnitt- und Palettiereinheit Plattenware zu erzeugen und zu palettieren, und erst in einem zeitlich nachgelagerten Schritt zu konsolidieren bzw. unmittelbar zu einem Bauteil umzuformen und dabei erst zu konsolidieren. Das zweilagige oder mehrlagige bahnförmige Halbzeugmaterial muss nicht direkt konsolidiert werden, sondern kann aufgewickelt und in einem separaten Schritt der Konsolidierung zugeführt und konsolidiert werden. Verschiedene zweilagige oder mehrlagige
Halbzeugmaterialien können entsprechend des einzustellenden Lagenaufbaus entweder wieder aufgewickelt und später zusammen konsolidiert werden oder konsolidiert und zu konsolidierter Plattenware abgelängt und palettiert werden. Das zweilagige oder mehrlagige Halbzeugmaterial kann alternativ nicht unmittelbar konsolidiert, sondern in lagefixiertem Zustand zu Plattenware abgelängt und palettiert werden. Diese Plattenware wird dann in einem separaten Schritt der Konsolidierung unterzogen. Dabei können die einzelnen plattenförmigen und lagefixierten Halbzeugmaterialien, also die Plattenware, zu einem gewünschten Lagenaufbau übereinander gestapelt und dann konsolidiert werden. Vorzugsweise kann diese Plattenware vor oder während des Lagenaufbaus zueinander verdreht werden. Aufgrund der Tatsache, dass für einen symmetrischen Aufbau bspw. 0° Lagen oben und unten benötigt werden, ist es vorteilhaft die Plattenware drehen zu können um symmetrische Lagenaufbauten realisieren zu können. Endprodukt ist in jedem Fall eine vollständig konsolidierte Plattenware.
Unter Konsolidieren ist erfindungsgemäß ein Verdichten bzw. Kompaktieren der Anordnung durch aneinander pressen der Trägerbahn und der Materialstücke zu verstehen, wobei die Anordnung die Trägerbahn und alle Materialstücke, also die Materialstücke aller gebildeten Lagen, umfasst.
Durch das Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials der Trägerbahn und des thermoplastischen Kunststoffmaterials jedes oder wenigstens einer Teilanzahl der Material- stücke der Anordnung bis an oder über die Schmelztemperatur zum wenigstens bereichsweisen Überführen in einen plastisch verformbaren Zustand, können sich bei dem Konsolidieren vorteilhaft stoffschlüssige Verbindungen zwischen den Materialstücken bzw. zwischen den Materialstücken und der Trägerbahn ausbilden. Durch das Konsolidieren können die Materialstücke wenigstens bereichsweise flächig, vorzugsweise vollflächig, miteinander und/oder mit der Trägerbahn verbunden werden. Ferner kann bei dem Konsolidieren durch das Verdichten bzw. Kompaktieren nicht nur zwischen den Materialstücken bzw. zwischen den Materialstücken und der Trägerbahn befindliche Luft sondern insbesondere auch in den Materialstücken oder der Trägerbahn aufgenom- mene Luft vorteilhaft aus den Materialstücken oder der Trägerbahn entweichen.
Durch das unmittelbare Konsolidieren in Verbindung mit dem Erwärmen gemäß der obigen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein
Halbzeugmaterial bzw. ein Halbzeug mit einer hohen Festigkeit bzw. Kompaktheit geschaf- fen werden, welches sich insbesondere für die Herstellung von Formteilen eignet, die im Anwendungsfall besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Bevorzugt wird zum Konsolidieren der Anordnung eine Pressvorrichtung verwendet, die zwei geschlossene Pressflächen aufweist, die gegenläufig zueinander rotierbar und einander zugewandt sind, wobei die Anordnung durch rotieren der Pressflächen zwischen den Pressflächen hindurch gezogen und dabei verpresst wird. Insbesondere kann die Pressvorrichtung eine Doppelbandpresse umfassen bzw. eine Doppelbandpresse sein bzw. in Form einer Doppelbandpresse ausgebildet sein.
Um eine besondere stabile bzw. feste Lagefixierung zu schaffen wird bevorzugt in Schritt E jedes Materialstück zum Lagefixieren stoffschlüssig mit der Trägerbahn verbunden durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials der Trägerbahn bis an oder über die Schmelztemperatur und/oder durch wenigstens bereichswei- ses Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials jedes der Materialstücke bis an oder über die Schmelztemperatur. Stoffschlüssige Verbindungen bilden sich infolge des Erwärmens dann dadurch aus, dass die Verbindungspartner durch das flächige Auflegen in Schritt D einen Kontakt zueinander aufweisen bzw. in Kontakt zueinander gebracht werden. Um eine besondere stabile bzw. feste Lagefixierung zu schaffen, wird bevorzugt in Schritt H jedes Materialstück zum Lagefixieren stoffschlüssig mit zumindest der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage verbunden durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials zumindest der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage bis an oder über die Schmelztemperatur und/oder durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials jedes der Materialstücke bis an oder über die Schmelztemperatur. Stoffschlüssige Verbindungen bilden sich infolge des Erwärmens dann dadurch aus, dass die Verbindungspartner durch das flächige Auflegen in Schritt G einen Kontakt zueinander aufweisen bzw. in Kontakt zueinander gebracht werden. Besonders bevorzugt werden die Verbindungspartner durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Hochtemperaturschweißen, Heißgasschweißen oder Reibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierfür kann die wenigstens eine obige Aufnahmevorrichtung vorzugsweise wenigstens eine Schweißvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden der Verbindungspartner aufweisen, die eingerichtet ist, die Verbindungspartner durch La- serschweißen, Ultraschallschweißen, Hochtemperaturschweißen, Heißgasschweißen oder Reibschweißen beim Auflegen oder nach dem Auflegen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Insbesondere durch Hochtemperaturschweißen ist vorteilhaft eine sehr schnelle Verschweißung möglich. Da das Verschweißen bzw. stoffschlüssige Verbinden jeweils mit der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage erfolgt, haben untere Lagen bzw. mehrlagige Unterbauten keinen Einfluss auf die Schweißzeiten, derart, dass diese die Schweißzeiten nicht nachteilig beeinflussen können. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch die Trägerbahn unidirektional-faserverstärkt. Bei einem mittels dieser besonders bevorzugten Ausführungsform hergestellten Halbzeugmaterial sind alle Lagen - wobei die Trägerbahn dann eine der Lagen ist - faserverstärkt, was je nach Anwendungsfall von großem Vorteil sein kann, z.B. für Formteile bei denen eine Faserverstärkung in den äußersten Lagen erforderlich bzw. erwünscht ist.
Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird an dem Ort des flächigen Auflegens der Materialstücke auf die Trägerbahn in Schritt (D) und/oder beim flächigen Auflegen der Materialstücke auf die zuletzt gebildete Lage in Schritt (G), die Trägerbahn an eine Fixierfläche wenigstens bereichsweise angesaugt. Durch das Ansaugen an die Fixierfläche kann eine stabile Positionierung der Trägerbahn bereitgestellt werden, die für ein präzises bzw. fehlerfreies Auflegen der Materialstücke gemäß der in Schritt D und/oder G vorgesehene Weise von Vorteil ist. Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Trägerbahn zum kontinuierlichen Herstellen des bahnförmigen Halbzeugmaterials in ihrer Längsrichtung bewegt. Durch das Bewegen der Trägerbahn mögliche kontinuierliche Herstellen kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft in einen teilweise oder vollständig automatisierten Herstellungsprozess z.B. einer Fertigungsstraße integriert werden. Alternativ kann die Trägerbahn auch taktweise bewegt werden.
Die Trägerbahn kann aus mehreren einzelnen Trägerbahnen, die nebeneinander abgespult werden, gebildet sein. Bevorzugt kann die Trägerbahn auf eine Wickeleinheit aufwickelbar sein, und die Trägerbahn wird durch Abwickeln von der Wickeleinheit in ihrer Längsrichtung bewegt. Die Trägerbahn kann dabei von einer einzelnen Rolle oder alternativ von mehreren kleinen Rollen, welche nebeneinander angeordnet sind, so abgespult werden, dass sie zusammengenom- men die Trägerbahn bilden und durch Abwickeln von der Wickeleinheit in ihrer Längsrichtung bewegt werden.
Besonders bevorzugt werden in Schritt D und/oder in Schritt G die Materialstücke zum Auflegen der Materialstücke der Bewegung der Trägerbahn derart folgend bewegt, dass sich die Materialstücke relativ zu der Trägerbahn in einem ruhenden Zustand befinden. Dies hat den Vorteil, dass Positionierungsfehler oder Positionierungs-Ungenauigkeiten beim Auflegen der Materialstücke infolge vorhandener Relativbewegungen zwischen Materialstücken und Trägerbahn wirksam vermieden werden können. Insbesondere um den vorteilhaften ruhenden Zustand der Materialstücke relativ zu der Trägerbahn einfach herbeiführen zu können, sind bevorzugt zur Erfassung der Geschwindigkeit der Trägerbahn relativ zu den Materialstücken an der Trägerbahn voneinander beabstandete Markierungen vorgesehen, die in Längsrichtung der Trägerbahn aufeinanderfolgend angeordnet sind. z.B. durch ein sich mit den Materialstücken mitbewegendes oder ortsfestes Kamerasystem können die Markierungen optisch erfasst werden, um den obigen ruhenden Zustand feststellen zu können, bei dem die Markierungen relativ zu dem Materialstück still stehen bzw. sich nicht be- wegen. Alternativ können die Materialstücke entsprechende Markierungen vorsehen, so dass eine Erfassung der Geschwindigkeit der Trägerbahn hierüber möglich ist. Die Markierung kann vorteilhafterweise beim Abtrennen von dem bahnförmigen Werkstoff erzeigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nach Schritt C die Materialstücke einer Gruppe in einer für die Gruppe vorgesehenen Materialstück-Aufnahme angeordnet, und in Schritt D und/oder Schritt G werden die Materialstücke aus der Materialstück-Aufnahme separiert entnommen und zum Auflegen zu der Trägerbahn und/oder der zuletzt gebildeten Lage bewegt. Durch Vorsehen von für jede Gruppe vorgesehenen Materialstück-Aufnahmen können die Materialstücke vor dem Auflegen gemäß Schritt D und/oder Schritt G vor Fremdeinwirkungen - wie z. B. Schmutz - geschützt werden. Zum separierten Entnehmen kann ein eigens hierfür vorgesehenes Förderband verwendet werden, welches z.B. nach Art eines Einzelblatteinzugs eines Kopiergerätes funktioniert. Durch die Separierung werden vorteilhaft eine Anhaftung von Materialstücken und mithin auch die zeitgleiche Aufnahme mehrerer Materialstücke vermieden. Das erfindungsgemäße System zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst wenigstens eine Transporteinrichtung und wenigstens eine Bereitstellungseinheit mit wenigstens einer Abtrennvorrichtung zum Abtrennen der Materialstücke von dem bahn- förmigen Werkstoff, wobei die Transporteinrichtung eingerichtet ist, die bereitgestellten Materialstücke aufzunehmen und zum Bilden der wenigstens einen faserverstärkten Lage zu der Trägerbahn und/oder der zuletzt gebildeten Lage zu transportieren und gemäß Schritt (D) auf die Trägerbahn oder gemäß Schritt (G) auf die zuletzt gebildete faserverstärkte Lage aufzulegen. Mit dem erfindungsgemäßen System ist die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, einhergehend mit den oben dargelegten Vortei- len.
Die Transporteinrichtung weist bevorzugt wenigstens eine Aufnahmevorrichtung auf, mit welcher jedes Materialstück bzw. die Materialstücke aufnehmbar und auf die Trägerbahn und/oder die zuletzt gebildete Lage auflegbar ist/sind, wobei die Aufnahmevorrichtung be- vorzugt eine Saugeinrichtung zum Aufnehmen bzw. Halten des Materialstücks durch Saugkraft umfassen kann, mit welcher ein auf einfache und praktische Weise vornehmbares Aufnehmen und Ablegen des bzw. der Materialstücke möglich ist.
Die Transporteinrichtung kann besonders bevorzugt in Form eines Industrieroboters aus- gebildet sein, der einen Manipulator bzw. Roboterarm mit wenigstens einer Aufnahmevorrichtung aufweist, die z.B. in Form eines Effektors bzw. Greifers ausgebildet sein kann.
Die Abtrennvorrichtung zum Abtrennen der Materialstücke von dem bahnförmigen Werkstoff kann eine Schneidvorrichtung oder einer Laserschneidvorrichtung oder eine Ultra- schall-Schneidvorrichtung umfassen bzw. das Abtrennen kann z.B. durch diese Vorrichtungen vorgenommen werden. Das Abtrennen der Materialstücke kann z.B. auch durch ein abrasives Trennverfahren, wie z.B. Wasserstrahlschneiden erfolgen.
Bei einer praktischen Ausführungsform des Systems weist das System ein Sensorsystem zum Erfassen der Position jedes Materialstücks auf der Trägerbahn und/oder auf der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage auf, wobei die Transporteinreichung vorzugsweise eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, von der Position des Materialstücks abhängige Positionsdaten, die vom dem Sensorsystem erfasst wurden, zu empfangen und bei bestehender Abweichung der erfassten Positionsdaten von vorgegebenen Positionsda- ten, die Transporteinrichtung zum korrigieren der Position des Materialstücks auf der Trägerbahn oder der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage anzusteuern.
Die vorgegebenen Positionsdaten sind Positionsdaten, die von einer erwünschten bzw. vorgegebenen Position des jeweiligen Materialstücks auf der Trägerbahn und/oder der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage abhängen. Das Sensorsystem ermöglicht in Zusammenwirkung mit der Steuereinrichtung vorteilhaft eine Positionsüberwachung und Positionskorrektur der Materialstücke, einhergehend mit der Bereitstellung eines fehlerfreien oder nahezu fehlerfreien Herstellungsprozesses, der insbesondere ein winkelgenaue und spaltfreies bzw. nahezu spaltfreies Auflegen der Materialstücke in Schritt D und/oder G umfassen kann.
Das thermoplastische Kunststoffmaterial der Trägerbahn und/oder des bahnförmigen Werkstoffes 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 bzw. Verstärkungsfasern des bahnförmigen Werkstoffs (vgl. Schritt B des erfindungsgemäßen Verfahrens) sind von dem thermoplastischen Kunststoffmaterial zumindest teilweise oder zur Gänze umgeben bzw. sind wenigstens teilweise oder zur Gänze in das thermoplastische Kunststoffmaterial bzw. in die thermoplastische Matrix eingebettet. Entsprechendes gilt damit auch für die Fasern bzw. Verstärkungsfasern der in Schritt C durch das sukzessive Abtrennen bereitgestellten Materialstücke.
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, die das jeweilige Materialstück oder den bahnförmigen Werkstoff in einer Richtung im Wesentlichen vollständig durchziehen. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 bis 5 sehr schematische Darstellungen zur Veranschaulichung mehrerer
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zur deren Durchführung verwendeten Systeme,
Fig. 6A bis 6D sehr schematische Darstellungen zur Veranschaulichung des Lagefixierens mittels Schweißvorrichtungen,
Fig. 7 bis 9 sehr schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von weiteren
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die in Fig. 1 gezeigte sehr schematische Darstellung dient der Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines zweilagi- gen bahnförmigen Halbzeugmaterials mit einer unidirektional faserverstärkten Lage. Zum Durchführen dieses Verfahrens wird ein erfindungsgemäßes System 10 verwendet, wel- ches eine sehr schematische dargestellte Transporteinrichtung 12 und eine sehr schematisch dargestellte Bereitstellungseinheit 14 umfasst.
Die Bereitstellungseinheit 14 weist eine Abtrennvorrichtung 16 - die insbesondere in Form eines Zuschnittautomaten 16 ausgebildet sein kann - zum Abtrennen der Materialstücke 18 von einem gemäß Schritt B bereitgestellten bahnförmigen Werkstoff 20 auf. Die Bereitstellungseinheit 14 umfasst ein sich quer zu einer Trägerbahn 22 erstreckendes Förderband 24, über welches der bahnförmige Werkstoff 20 bzw. das bahnförmige Halbzeug 20 - welches in wenigstens einer Richtung unidirektional-faserverstärkt ist (vgl. Faser 26, wobei zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nur eine Faser 26 gezeigt ist) - der Abtrennvor- richtung 16 zugeführt werden kann und über welches abgetrennte Materialstücke 18 zu der Trägerbahn 22 hin bewegt werden können.
Die Transporteinrichtung 12 ist eingerichtet, bereitgestellte Materialstücke 18 aufzunehmen und zum Bilden wenigstens einer faserverstärkten Lage 28 zu der Trägerbahn 22 und/oder der zuletzt gebildeten Lage zu transportieren (sofern die Bildung mehrerer Lagen er- wünscht ist) und gemäß Schritt (D) auf die Trägerbahn 22 oder gemäß Schritt (G) auf die zuletzt gebildete faserverstärkte Lage (sofern die Bildung mehrerer Lagen erwünscht ist) aufzulegen. Die Transporteinrichtung 12 ist in Form eines Industrieroboters mit einer Aufnahmevorrichtung 30 ausgebildet. Mit bzw. durch die Aufnahmevorrichtung 30 sind die Ma- terialstücke 18 aufnehmbar und auf die Trägerbahn 22 und/oder die zuletzt gebildete Lage auflegbar, wobei die Aufnahmevorrichtung 30 eine Saugeinrichtung (hier nicht veranschaulicht) zum Aufnehmen bzw. Halten des jeweiligen Materialstücks 18 durch Saugkraft um- fasst, mit welcher ein auf einfache und praktische Weise vornehmbares Aufnehmen und Ablegen des bzw. der Materialstücke 18 gemäß der in Schritt D und/oder der in Schritt G vorgesehenen Weise möglich ist.
Das durch die Fig. 1 sehr schematisch veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des zweilagigen bahnförmigen
Halbzeugmaterials mit einer unidirektional faserverstärkten Lage umfasst die Schritte: (A) Bereitstellen der Trägerbahn 22 aus einem flächigen Trägermaterial, das wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial besteht, wobei die Trägerbahn 22 insbesondere in Form einer thermoplastischen Folie 22 ausgebildet sein kann,
(B) Bereitstellen eines bahnförmigen Werkstoffs 20, wobei der Werkstoff 20 flächig ausgebildet und unidirektional-faserverstärkt ist, und wobei der Werkstoff 20 ein die Fasern 26 (zur Vereinfachung der Darstellung ist jeweils nur eine Faser 26 gezeigt) zumindest teilweise umgebendes thermoplastisches Kunststoffmaterial 27 umfasst,
(C) Bereitstellen einer Gruppe von flächig ausgebildeten und unidirektional- faserverstärkten Materialstücken 18, wobei die Materialstücke 18 der Gruppe durch sukzessives Abtrennen von dem bahnförmigen Werkstoff 20 durch die Abtrennvorrichtung 16 entlang einer geradlinigen Trennlinie 32 bereitgestellt werden, welche unter einem vorgesehenen, gruppen-spezifischen Trennwinkel 34 zur Richtung der Fasern 26 (zur Vereinfachung der Darstellung ist jeweils nur eine Faser 26 gezeigt) verläuft,
(D) Entnehmen von Materialstücken 18 aus der Gruppe zum Bilden einer faserverstärkten Lage 28 durch flächiges Auflegen der Materialstücke 18 auf die Trägerbahn 22, wobei die Materialstücke 18 zum Bilden der Lage in Längsrichtung der Trägerbahn 22 aufeinander folgend und aneinander anliegend von der Aufnahmevorrichtung 30 der Trans- porteinrichtung 12 auf die Trägerbahn 22 flächig aufgelegt werden, wobei beim Aufle- gen die beim Abtrennen gemäß Schritt (C) gebildeten geradlinigen Schneidkanten 36 - zum einander parallelen Ausrichten der Fasern 26 (zur Vereinfachung der Darstellung ist jeweils nur eine Faser 26 gezeigt) der Materialstücke 18 dieser Gruppe - in einem gleichen Winkel zur Längserstreckung der Trägerbahn 22 oder - wie hier - parallel zur Längserstreckung der Trägerbahn 22 ausgerichtet werden (auch symbolisiert durch den schematischen Drehpfeil), und zwar durch die Transporteinrichtung 12 bzw. die Aufnahmevorrichtung 30 der Transporteinrichtung 12,
(E) Lagefixieren jedes Materialstücks 18 mit der Trägerbahn 22, und
(F) Beenden des Verfahrens.
Zum kontinuierlichen Herstellen des bahnförmigen Halbzeugmaterials wird die Trägerbahn 22 in ihrer Längsrichtung bewegt (vgl. entsprechenden Pfeil) während die Bereitstel- lungseinheit 14 ortsfest verweilt.
Das in der Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von dem in Fig. 1. dargestellten dadurch, dass hier ein
Halbzeugmaterial mit mehreren faserverstärkten Lagen 28 mit sich voneinander unter- scheidenden Faser-Erstreckungsrichtungen gebildet wird, wobei hierfür in Schritt (F) das Verfahren nicht beendet, sondern mit dem Schritt (G) fortgeführt wird, wobei der Schritt (G) das Entnehmen von Materialstücken 18 aus einer weiteren in Schritt (C) bereitgestellten Gruppe vorsieht, wobei die Materialstücke 18 zum Bilden einer weiteren faserverstärkten Lage 28 in Längsrichtung der Trägerbahn 22 aufeinander folgend und aneinander anlie- gend auf die zuletzt gebildete Lage 28 - also die in Schritt (D) gebildete Lage 28 (vgl. oben) - flächig aufgelegt werden, wobei beim Auflegen die beim Abtrennen gemäß Schritt (C) gebildeten geradlinigen Schneidkanten 36 zum einander parallelen Ausrichten der Fasern 26 (zur Vereinfachung der Darstellung ist jeweils nur eine Faser 26 gezeigt) der Materialstücke 18 parallel zur Längserstreckung der Trägerbahn 22 ausgerichtet werden. Hier- durch wird infolge des für die weitere Gruppe vorgesehenen gruppenspezifischen Trennwinkels 34 (vgl. untere Bereitstellungseinheit 14) eine faserverstärkte Lage 28 gebildet, deren Faser-Erstreckungsrichtung sich von der Faser-Erstreckungsrichtung der in
Schritt (D) gebildeten Lage 28 unterscheidet bzw. windschief zu dieser ausgerichtet ist. In Schritt (H) erfolgt das Lagefixieren jedes Materialstücks 18 mit zumindest der zuletzt gebil- deten faserverstärkten Lage 28 und in Schritt (I) erfolgt das Beenden des Verfahrens oder ggf. Fortführen des Verfahrens mit Schritt (G) zum Bilden einer weiteren Lage unter Einsatz einer dritten - hier nicht dargestellten - Bereitstellungseinheit.
Im Unterschied zu dem in der Fig. 1 veranschaulichten Verfahren weist das in der Fig. 2 verwendete System 10 zwei Bereitstellungseinheiten 14 und zwei Transporteinrichtungen auf, wobei die beiden Transporteinrichtungen, welche baugleich zu der Fig. 1 dargestellten Transporteinrichtung sein können, in der Fig. 2 nicht dargestellt sind. Die obere Bereitstellungseinheit 14 ist hierbei zum Bilden der unteren Lage 28 vorgesehen und die untere Bereitstellungseinheit 14 ist zum Bilden der oberen Lage 28 vorgesehen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist z.B. ein bahnförmiges Halbzeugmaterial herstellbar, beim Faser-Erstreckungsrichtungen der Lagen gemäß der Abfolge 0 +45
-457+657-65790°... vorgesehen sind. Jede Bereitstellungseinheit kann dabei einen oder mehrere Winkel zuführen, wobei dieser z.B. auch stufenlos von 20°bis 90° oder auch von 1 °bis 90° gewählt sein kann.
Das in der Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von dem Fig. 1. dargestellten dadurch, dass sich die Bereitstellungseinheit 14 bzw. das Förderband 24 parallel zu der Trägerbahn 22 erstreckt, was je nach Raumsituation bzw. Anforderungsprofil vorteilhafter sein kann. Die hier verwendete Transporteinrichtung (in Fig. 3 nicht dargestellt) kann baugleich zu der Fig. 1 dargestellten Transporteinrichtung sein.
Die Fig. 4 und 5 dienen der Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen des erfindungs- gemäßen Verfahrens, bei welchen nach Schritt C die Materialstücke 18 einer Gruppe in einer für die Gruppe vorgesehenen Materialstück-Aufnahme 38 bzw. Magazinierung 38 angeordnet werden, und in Schritt D und/oder Schritt G die Materialstücke 18 aus der Materialstück-Aufnahme 38 bzw. Magazinierung 38 separiert entnommen (vgl. Fig. 5) und zum Auflegen auf die Trägerbahn 22 zu der Trägerbahn 22 bewegt werden und/oder zum Auf- legen auf die zuletzt gebildete Lage 28 zu der zuletzt gebildeten Lage 28 bewegt werden.
Die Fig. 6A bis 6D dienen der Veranschaulichung von Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchen ein Lagefixieren mittels Schweißvorrichtungen erfolgt (zur Vereinfachung der Darstellung sind hier keine Fasern gezeigt). Ein bereits ge- mäß Schritt C durch Abtrennen bereitgestelltes Materialstück 18 (vgl. Fig. 6A) wird von vier Aufnahmevorrichtungen 30 eines Greifersystems 40 einer Transporteinrichtung (nicht näher dargestellt) an jeweils vier voneinander beabstandeten Bereichen aufgenommen (vgl. Fig. 6B) und anschließend von der Transporteinrichtung zu der Trägerbahn 22 und/oder der zuletzt gebildeten Lage 28 transportiert und von den Aufnahmevorrichtungen 30 bzw. dem Greifersystem 40 gemäß Schritt D und/oder Schritt G auf die Trägerbahn 22 und/oder die zuletzt gebildete Lage 28 gelegt (vgl. Fig. 6C).
Zum Lagefixieren gemäß Schritt E und/oder Schritt H weist jede der Aufnahmevorrichtungen 30 eine Schweißvorrichtung (nicht veranschaulicht) auf, um ein Lagefixieren durch stoffschlüssiges Verbinden der Verbindungspartner vornehmen zu können, also durch stoffschlüssiges Verbinden von Materialstücken 18 unterschiedlicher Lagen und/oder durch stoffschlüssiges Verbinden von Materialstücken 18 mit der Trägerbahn 22. Jede der Schweißvorrichtungen eingerichtet ist, die Verbindungspartner durch Laserschweißen beim Auflegen oder nach dem Auflegen stoffschlüssig miteinander zu verbinden.
Alternativ oder zusätzlich kann jede der Schweißvorrichtungen eingerichtet sein, die Verbindungspartner durch Ultraschallschweißen, Hochtemperaturschweißen, Heißgasschweißen oder Reibschweißen beim Auflegen oder nach dem Auflegen stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Die Fig. 6D veranschaulicht den Zustand nach dem Auflegen und zeigt, dass ein Materialstück 18 zum Lagefixieren über vier Schweißpunkte 42 mit der Trägerbahn 22 oder mit zumindest der zuletzt gebildeten Lage 28 stoffschlüssig verbunden ist.
Die Fig. 7 zeigt eine sehr schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bei dem die Trägerbahn 22 zum konti- nuierlichen Herstellen des bahnförmigen Halbzeugmaterials in ihrer Längsrichtung dadurch bewegt wird, dass die Trägerbahn 22 von einer Wickeleinheit 44 abgewickelt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird am Ort 46 des flächigen Auflegens der Materialstücke auf die Trägerbahn 22 in Schritt D und/oder beim flächigen Auflegen der Materialstücke auf die zuletzt gebildete Lage 28 in Schritt G - bzw. am Ort des flächigen Auflegens der Material- stücke auf die zuletzt gebildete Lage 28 in Schritt G - die Trägerbahn 22 an eine Fixierfläche 48 einer Unterstützungsvorrichtung 50 wenigstens bereichsweise ortsfixiert durch zum Beispiel ein Ansaugen der Trägerbahn 22.
Zum Abwickeln kann ein automatisches Wechselsystem (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welches insbesondere eingerichtet sein kann, neue und alte Trägerbahnen miteinan- der zu verbinden, um einen quasi endlosen Prozess zu ermöglichen. Um einen Stillstand der Anlage zu vermeiden, kann auch ein der Abrollung bzw. Abwickelung nachfolgender Speicher vorgesehen sein. Wechselsysteme und Speicher können in jeder der in Fig. 7 bis 9 dargestellten Anlagen vorgesehen sein.
Die Trägerbahn 22 kann zum Bewegen wenigstes abschnittsweise auch auf einem sich bewegenden Förderband (hier nicht veranschaulicht) flächig aufliegen, wobei die Trägerbahn 22 zum fixieren an dem Förderband wenigstens bereichsweise an dieses angesaugt werden kann, einhergehend mit einer starken und gleichmäßigen Anhaftung an dem För- derband, wobei das Förderband zum Ansaugen Löcher oder Öffnungen oder eine partielle Luftdurchlässigkeit oder eine partielle Gitterstruktur aufweist.
Zum Abwickeln von der Wickeleinheit 44 bzw. zum Bewegen der Trägerbahn 22 ist eine Zugeinrichtung 52 vorgesehen und das fertige bahnförmige Halbzeugmaterial 54 wird auf eine aufnehmende Rolle 56 bzw. eine Aufrollstation 56 aufgewickelt.
Die Fig. 8 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem das fertige und auf die aufnehmende Rolle 56 (vgl. Fig. 7) aufgerollte Halbzeugmaterial 54 zum anschließenden Konsolidieren in einem Konsolidierungssystem 58 durch dieses hindurchgezogen wird. Das Konsolidierungssystem 58 weist eine Pressvorrichtung in Form einer Doppelbandpresse (hier nicht veranschaulicht) und eine Heizzone 60 und eine Kühlzone 62 auf. Zum Abtrennen von erwünschten Material-Abschnitten - also zur Schaffung von Plattenwaren - ist eine Schneidvorrichtung 64 zum vertikalen Abschneiden und eine Randschnitt-Vorrichtung 66 vorgesehen. Alternativ kann auch nach dem Konsolidieren mittels des Konsolidierungssys- tems 58 ein Aufrollen des Halbzeugmaterials 54 auf eine weitere aufnehmende Rolle 68 vorgesehen sein, wobei in diesem Fall kein vertikales Schneiden vorgenommen wird. Um auch dies möglichst fehlerfrei zu ermöglichen, können zwei Zugeinrichtungen 52 vorgesehen sein. Die Schneidvorrichtung 64 kann eine Messerschneidvorrichtung, eine Laserschneidvorrichtung oder eine Ultraschall-Schneidvorrichtung umfassen. Das Abschneiden der Materialstücke kann z.B. auch durch ein abrasives Trennverfahren, wie z.B. Wasserstrahlschneiden erfolgen. Um das in Fig. 7 veranschaulichte Herstellen des bahnförmigen Halbzeugmaterials 54 mit dem Konsolidieren desselben in einer Anlage zu ermöglichen, kann die in der Fig. 9 dargestellte Anlage vorgesehen sein, in welcher die Anlagen der Fig. 7 und 8 kombiniert sind. Die in der Fig. 9 dargestellte Anlage weist zusätzlich wenigstens eine Abrolleinheit 70 auf, von welcher wenigstens eine zusätzliche Decklage 72 durch Einziehen in die Doppelbandpresse des Konsolidierungssystems 58 zum flächigen Verbinden mit dem faserverstärkten Halbzeugmaterial 54 abrollbar ist. Die Decklage 72 kann ein bereits mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes zweilagiges oder mehrlagiges bahnförmiges
Halbzeugmaterial 54 und/oder eine thermoplastische Deckfolie und/oder ein weiteres unidi- rektional-faserverstärktes bahnförmiges Material mit einem die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Kunststoffmaterial umfassen.
In der Konsolidierungsstufe ist es auch möglich, mehrere aufgerollte
Halbzeugmaterialien 54 zusätzlich abzurollen, um damit sehr komplexe Lagenaufbauten zu ermöglichen. Denkbar ist auch das Einbringen von Kernmaterial, um nach der Konsolidierung ein Sandwichhalbzeug zu erhalten.
Bezugszeichenliste
10 System
12 Transporteinrichtung
14 Bereitstellungseinheit
16 Abtrennvorrichtung
18 Materialstück
20 bahnförmiger Werkstoff
22 Trägerbahn
24 Förderband
26 Faser
27 thermoplastisches Kunststoffmaterial
28 faserverstärkte Lage
30 Aufnahmevorrichtung
32 Trennlinie
34 gruppenspezifischer Winkel
36 Schneidkante
38 Materialstück-Aufnahme
40 Greifersystem
42 Schweißpunkt
44 Wickeleinheit
46 Auflegungsort
48 Fixierfläche
50 Unterstützungsvorrichtung
52 Zugeinrichtung
54 Halbzeugmaterial
56 aufnehmende Rolle
58 Konsolidierungssystem
60 Heizzone
62 Kühlzone
64 Schneidvorrichtung
66 Randschnitt-Vorrichtung
68 weitere aufnehmende Rolle
70 Abrolleinheit
72 Decklage

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Herstellen eines zweilagigen oder mehrlagigen bahnförmigen
Halbzeugmaterials (54) mit wenigstens einer unidirektional faserverstärkten Lage (28) umfassend die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen einer Trägerbahn (22) aus einem flächigen Trägermaterial, das wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial besteht,
(B) Bereitstellen wenigstens eines bahnförmigen Werkstoffs (20), wobei der Werkstoff (20) flächig ausgebildet und unidirektional-faserverstärkt ist, und wobei der Werkstoff (20) ein die Fasern (26) zumindest teilweise umgebendes thermoplastisches Kunststoffmaterial (27) umfasst,
(C) Bereitstellen wenigstens einer Gruppe von flächig ausgebildeten und unidirektio- nal-faserverstärkten Materialstücken (18), wobei die Materialstücke (18) einer Gruppe durch sukzessives Abtrennen von dem bahnförmigen Werkstoff (20) entlang einer geradlinigen Trennlinie (32) bereitgestellt werden, welche unter einem vorgesehenen, gruppenspezifischen Trennwinkel (34) zur Richtung der Fasern (26) verläuft, und wobei zum Bereitstellen weiterer Gruppen für die weiteren Gruppen ein sich von den Trennwinkeln (34) anderer Gruppen unterscheidender Trennwinkel (34) vorgesehen wird,
(D) Entnehmen von Materialstücken (18) aus einer Gruppe zum Bilden einer faserverstärkten Lage (28) durch flächiges Auflegen der Materialstücke (18) auf die Trägerbahn (22), wobei die Materialstücke (18) zum Bilden der Lage (28) in Längsrichtung der Trägerbahn (22) aufeinander folgend und aneinander anliegend auf die Trägerbahn (22) flächig aufgelegt werden, wobei beim Auflegen die beim Abtrennen gemäß Schritt (C) gebildeten geradlinigen Schneidkanten (36) zum einander parallelen Ausrichten der Fasern (26) der Materialstücke ( 8) dieser Gruppe in einem gleichen Winkel, vorzugsweise parallel, zur Längserstreckung der Trägerbahn (22) ausgerichtet werden, (E) Lagefixieren jedes Materialstücks (18) mit der Trägerbahn (22),
(F) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit Schritt (G),
(G) Entnehmen von Materialstücken (18) aus einer Gruppe, aus welcher zur Lagenbildung bereits Materialstücke (18) entnommen wurden, oder Entnehmen von Materialstücken (18) aus einer der weiteren Gruppen, wobei die Materialstücke (18) zum Bilden einer weiteren faserverstärkten Lage (28) in Längsrichtung der Trägerbahn (22) aufeinander folgend und aneinander anliegend auf die zuletzt gebildete Lage (28) flächig aufgelegt werden, wobei beim Auflegen die beim Abtrennen gemäß Schritt (C) gebildeten geradlinigen Schneidkanten (36) zum einander parallelen Ausrichten der Fasern (26) der Materialstücke (18) der Gruppe in einem gleichen Winkel, vorzugsweise parallel, zur Längserstreckung der Trägerbahn (22) ausgerichtet werden,
(H) Lagefixieren jedes Materialstücks (18) mit zumindest der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage (28),
(I) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit Schritt (G).
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lagefixieren der Materialstücke (18) der allerletzten vorgesehenen faserverstärkten Lage gemäß Schritt (E) oder (H) die Anordnung aus Trägerbahn (22) und aufgelegten Materialstücken (18) konsolidiert wird, wobei bei oder vor dem Konsolidieren das thermoplastische Kunststoffmaterial der Trägerbahn (22) und das thermoplastische Kunststoffmaterial (27) jedes oder wenigstens einer Teilanzahl der Materialstücke (18) der Anordnung durch Erwärmen bis an oder über deren Schmelztemperatur wenigstens bereichsweise in einen plastisch verformbaren Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Konsolidieren der Anordnung eine Pressvorrichtung verwendet wird, die zwei geschlossene Pressflächen aufweist, die gegenläufig zueinander rotierbar und einander zugewandt sind, wobei die Anordnung durch rotieren der Pressflächen zwischen den Pressflächen hindurch gezogen und dabei verpresst wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (E) jedes Materialstück (18) zum Lagefixieren stoffschlüssig mit der Trägerbahn (22) verbunden wird durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials der Trägerbahn (22) bis an oder über die Schmelztemperatur und/oder durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials (27) jedes der Materialstücke (18) bis an oder über die Schmelztemperatur. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (H) jedes Materialstück (18) zum Lagefixieren stoffschlüssig zumindest mit der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage verbunden wird durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunststoffmaterials zumindest der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage bis an oder über die Schmelztemperatur und/oder durch wenigstens bereichsweises Erwärmen des thermoplastischen Kunst- stoffmaterials (27) jedes der Materialstücke (18) bis an oder über die Schmelztemperatur.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungspartner durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Hochtemperaturschweißen, Heißgasschweißen oder Reibschweißen stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Trägerbahn (22) unidirektional-faserverstärkt ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Ort (46) des flächigen Auflegens der Materialstücke (18) auf die Trägerbahn (22) in Schritt (D) und/oder beim flächigen Auflegen der Materialstücke (18) auf die zuletzt gebildete Lage in Schritt (G), die Trägerbahn (22) an eine Fixierfläche (48) wenigstens bereichsweise angesaugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbahn (22) zum kontinuierlichen Herstellen des bahnförmigen
Halbzeugmaterials (54) in ihrer Längsrichtung bewegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerbahn (22) auf eine Wickeleinheit (44) aufwickelbar ist, und dass die Trägerbahn (22) durch Abwickeln von der Wickeleinheit (44) in ihrer Längsrichtung bewegt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (D)
und/oder in Schritt (G) die Materialstücke (18), zum Auflegen der Materialstücke (18), der Bewegung der Trägerbahn (22) derart folgend bewegt werden, dass sich die Materialstücke (18) relativ zu der Trägerbahn (22) in einem ruhenden Zustand befinden. 12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Geschwindigkeit der Trägerbahn (22) relativ zu den Materialstücken (18) an der Trägerbahn (22) voneinander beabstandete Markierungen vorgesehen sind, die in Längsrichtung der Trägerbahn (22) aufeinanderfolgend angeordnet sind. 13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (C) die Materialstücke (18) einer Gruppe in einer für die Gruppe vorgesehenen Materialstück-Aufnahme (38) angeordnet werden, und dass in Schritt (D) und/oder Schritt (G) die Materialstücke (18) aus der Materialstück-Aufnahme (38) separiert entnommen und zum Auflegen zu der Trägerbahn (22) und/oder der zuletzt ge- bildeten Lage (28) bewegt werden.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Materialstück (18) von wenigstens einer Aufnahmevorrichtung (30) wenigstens einer Transporteinrichtung (12) aufgenommen und anschließend von der Transportein- richtung (12) zu der Trägerbahn (22) und/oder der zuletzt gebildeten Lage (28) transportiert und von der Aufnahmevorrichtung (30) auf die Trägerbahn (22) und/oder die zuletzt gebildete Lage (28) gelegt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 6 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmevor- richtung (30) wenigstes eine Schweißvorrichtung zum stoffschlüssigen Verbinden der
Verbindungspartner aufweist, die eingerichtet ist, die Verbindungspartner durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen, Hochtemperaturschweißen, Heißgasschweißen oder Reibschweißen beim Auflegen oder nach dem Auflegen stoffschlüssig miteinander zu verbinden.
16. System (10) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, mit wenigstens einer Transporteinrichtung (12) und wenigstens einer Bereitstellungseinheit (14) mit wenigstens einer Abtrennvorrichtung (16) zum Abtrennen der Materialstücke (18) von dem bahnförmigen Werkstoff (20), wobei die Transporteinrichtung (12) eingerichtet ist, die bereitgestellten Materialstücke (18) aufzunehmen und zum Bilden der wenigstens einen faserverstärkten Lage (28) zu der Trägerbahn (22) und/oder der zuletzt gebildeten Lage (28) zu transportieren und gemäß Schritt (D) auf die Trägerbahn (22) oder gemäß Schritt (G) auf die zuletzt gebildete faserverstärkte Lage (28) aufzulegen.
17. System (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das System (10) ein Sensorsystem zum Erfassen der Position jedes Materialstücks (18) auf der Trägerbahn (22) und/oder auf der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage (28) aufweist. 18. System (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Transporteinrei- chung (12) eine Steuereinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, von der Position des Materialstücks (18) abhängige Positionsdaten, die vom dem Sensorsystem erfasst wurden, zu empfangen und bei bestehender Abweichung der erfassten Positionsdaten von vorgegebenen Positionsdaten, die Transporteinrichtung (12) zum korrigieren der Position des Materialstücks (18) auf der Trägerbahn (22) oder der zuletzt gebildeten faserverstärkten Lage (28) anzusteuern.
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