WO2015118065A1 - Tapelegevorrichtung sowie verfahren zum aufbau eines laminats - Google Patents

Tapelegevorrichtung sowie verfahren zum aufbau eines laminats Download PDF

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WO2015118065A1
WO2015118065A1 PCT/EP2015/052405 EP2015052405W WO2015118065A1 WO 2015118065 A1 WO2015118065 A1 WO 2015118065A1 EP 2015052405 W EP2015052405 W EP 2015052405W WO 2015118065 A1 WO2015118065 A1 WO 2015118065A1
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laying
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Matthias Graf
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Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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    • B29C35/0805—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation
    • B29C2035/0822—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould by wave energy or particle radiation using electromagnetic radiation using IR radiation

Definitions

  • Fiber composite applications have continued to increase over the past decades, especially when viewed as a cost-effective alternative to metallic materials, with the benefits of design freedom and application-specific formulation capabilities.
  • the material CFK carbon fiber reinforced plastic
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • the former usually include preform manufacturing units, press and optionally injection units and post-processing units - the latter the corresponding automation for preform handling, tool cleaning, component removal and the like.
  • the automatable production of the preform is definitely the key technology in the production process of continuous fiber reinforced fiber composite components for the realization of an efficient mass production with reproducible stable component quality.
  • hybrid components ie compression-molded sheets, which are primarily pressed with carbon fiber semi-finished products in order to additionally reinforce critical load zones, all production units must be able to be integrated in terms of plant and control technology if sufficient productivity is to be achieved.
  • textile fiber semi-finished products such as fiber yarns and / or fabrics impregnated with a binder (hotmelt adhesive) and / or partially or fully impregnated with a matrix (so-called prepregs) such as fiber fabrics, knit fabrics, Pads or mats used.
  • the matrix of fiber-reinforced plastics has the task of embedding the heavy-duty fibers (supporting function) and completely filling their intermediate space (blocking function).
  • binder materials and / or matrix materials can be used materials from the groups of thermoplastics or thermosets and optionally additional elasticizing components, such as elastomers, which in the strength, the maximum elongation, the operating temperature, the processing speed and the Distinguish chemical resistance.
  • Thermosetting molding compounds can be plasticized by the action of temperature, are malleable at this moment and then cure irreversibly under pressure and temperature.
  • the elastomers and thermosets also called thermosets
  • after processing d. H. in the ready-to-use state, of more or less strongly cross-linked macromolecules, which are generally neither fusible nor soluble.
  • blanks are produced in a cutting process, which usually line the formed component over its entire surface.
  • a cutting process which usually line the formed component over its entire surface.
  • continuous fiber-reinforced components can be produced substantially less waste or without wastage via processes that have become known as tape-laying methods.
  • thermoplastic continuous fiber tapes prove to be a very attractive process variant.
  • the laying of the fibrous composite materials, which are usually present as a tape, for constructing a laminate presents a special challenge.
  • tape in the context of the present invention is preferably meant any type of sheeted prepreg material, for example between 30 and 150 mm wide prepreg strip material, which is suitable for being laid down by means of a tape laying device.
  • prepreg material means, in particular, fiber yarns (rovings), fiber scrims and / or fiber webs which are wetted with a binder and / or partially or completely impregnated with a matrix, for example a thermoset matrix or thermoplastic matrix, in particular preimpregnated , are.
  • the “fibers” are in particular carbon fibers, but in the same way also for glass fibers or other, in particular artificially produced, fibers applicable.
  • the tape can be arranged on a carrier material, in particular a carrier film or a carrier paper, which dissolves during the laying of the tape for building the laminate from the carrier material, wherein the carrier material by means of a suitable device of the tape laying device eliminated, for example, wound.
  • a carrier material in particular a carrier film or a carrier paper, which dissolves during the laying of the tape for building the laminate from the carrier material, wherein the carrier material by means of a suitable device of the tape laying device eliminated, for example, wound.
  • tape to be deposited is pressed by means of a laying head, depending on the type of tape laying device used, for example via a shoe or a pinch roller on an already deposited tape structure with comparatively low, only local and very short-term pressure, so that the tape to be deposited successively, so only gradually or successively, with the already deposited tape structure is slightly glued or welded.
  • a suitable tackiness or weldability of the binder and / or matrix systems in the tape to be deposited or the already deposited tape structure is required.
  • the tackiness can be increased by moderate heating.
  • the above-described heating by means of a warm air flow has only low heat transfer properties and leads to low heating rates of the tap to be deposited, so that it is not possible to achieve desired deposition rates.
  • the use of hot air is not suitable for near-surface melting of tapes with a thermoplastic binder and / or matrix system.
  • thermoplastic tapes have been further developed, for example, in WO 2009/130087 A1, in order to be able to deposit thermoplastic tapes as well.
  • an excitation device is mounted on the laying head, which uses the ultrasound, the induction and / or the infrared, and which a tape to be deposited flying in the trigger, for. heated by a coil or roller, shortly before the deposition time locally across its thickness and then locally heated over its thickness tape then presses on a flexible laying roll on the already deposited tape structure flying on and so successively interconnected.
  • this laying process is also limited due to its only locally limited design in its laying speed and therefore not suitable in particular for a mass production application suitable for mass production.
  • EP 1 315 613 B1 discloses a method and equipment for producing advanced composite structures, comprising the steps: Applying and bonding a first group of fibers to a conveyor belt at a first angle, wherein a matrix material is bonded to the first group of fibers; Applying and bonding a second group of fibers to a conveyor belt at a second angle, wherein a matrix material is bonded to the second group of fibers; - wherein the first angle is not equal to the second angle, and - wherein the first group of fibers is applied intermittently, and - Wherein the second group of fibers is applied intermittently to provide cutouts in the composite part can.
  • the present invention seeks to provide an improved tape laying device or an improved method for building and consolidating a laminate for example, automotive components by means of a tape laying device, which or which avoids the disadvantages described above.
  • this object is achieved by a method for constructing a laminate having the features of patent claim 1 and by a tape laying device for carrying out a method for constructing a laminate having the features of patent claim 7.
  • the binder and / or matrix materials are simultaneously plasticized and consolidated exclusively in the surfaces of the joining zones provided for the adjoining of the already deposited tape structure and tape to be deposited thereon, the plasticizing of binder and / or matrix materials in advantageous advantageous all-over or full surface in said surfaces of the joining zones provided for the adjoining, without it neither to a complete melting of the binder and / or matrix materials in the already deposited tapestry brought to the exciter nor to a complete melting in the Tape to be deposited comes.
  • binder and / or matrix materials are not brought above the melting or flow temperature of the plastic matrix used in the side or surface of the joining zones provided for adjoining to the previously deposited tape structure and tape to be deposited thereon in the respective side or surface facing away from the starting device.
  • the simultaneous plastification of the binder can be achieved depending on the degree. and / or matrix materials, at least in the top layer of the tape to be deposited, of an already deposited tape structure across its thickness.
  • simultaneous plastification of the binder and / or matrix materials can also take place in tufts below the topmost stacking layer of an already deposited tape structure exclusively in the surfaces of the adjoining joining zones and / or across their thickness respectively.
  • the lowest stacking layer of a previously deposited tape structure should never be plasticized across its thickness in order not to jeopardize the dimensional stability of the laminate.
  • the simultaneous plasticizing of the binder and / or matrix materials is defined exclusively in the surfaces of the joining zones provided for abutment of tape to be deposited, topmost stacking layer or already laid down tape structure Surface portions of the surfaces of the joining zones takes place at different depths.
  • the exciting device can be controlled variably with regard to heating surfaces and / or heating depths.
  • the control device can for example comprise a pyrometric sensor with which the surface temperature of the surface of the associated tapes is measured during the heating process.
  • the sensor can be used to measure the surface temperature of the tap to be deposited on the side facing away from the joining zone. This is the best way to control the heating power or the heating time.
  • the heating power or heating time is controlled in each case such that the binder and / or matrix materials in the surface facing away from the excitation device does not quite reach the melting or flow temperature.
  • an excitation device which comprises a heating device, which is designed for processing tapes of variable width and length to be deposited with zones which can be switched on and off. This can be advantageous to turn off unoccupied heating zones.
  • an excitation device which comprises a heating device and is preferably designed such that the distance between the heater and the tape to be laid and also to the already laid tape structure is approximately equal or the heating power of the heater to compensate for any distance differences and / or heating depths can be adjusted.
  • the excitation device comprises a mask with which a fine adjustment of the radiating surface, matching the surface and position of the tape and associated surface of the underlying tape structure, can be made.
  • a mask with which a fine adjustment of the radiating surface, matching the surface and position of the tape and associated surface of the underlying tape structure, can be made.
  • Such, preferably variable adjustable, mask covers off protruding Schundbeck Kunststoffe so that overheating of the edges and also an undesirable heating of the device can be avoided. If masks are arranged on all four edges of a laying area, both the width and the length and laying position can be adjusted. This advantageously allows the control device, which controls the heating surfaces and / or heating depths of the excitation device variable.
  • the consolidation device comprises at least one laying table and / or stamp, which is designed to be vacuumable. This advantageously allows a fixation of first deposited tapes on the table or stamp without bonding with other tapes.
  • the consolidation device comprises at least one laying table and / or stamp, which are provided with a cooling. This advantageously prevents melting or even plasticizing of the lowermost and uppermost stackings of a tape structure across its thickness, thus supporting the desired preservation of a form-true laminate.
  • the laying device comprises a single or alternately operating laying bar, wherein mutually-operating laying bars advantageously increase the process speed.
  • the / the beam and / or punch and / or Legetician are formed more articulated, so that advantageously the individual members are controlled by means of the control device on corresponding to a three-dimensional tapestry spatial points out.
  • the present invention advantageously permits the construction and consolidation of a laminate without undesirable flow and fiber displacements.
  • the present invention is particularly suitable for industrial construction and consolidation of a laminate for, for example, automotive components, which are converted to the final component by a thermoforming process or in conjunction with a flowable fiber composite material in the extrusion or injection molding process.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a tape laying apparatus for carrying out a method for constructing and consolidating a laminate, in particular with regard to the construction of the apparatus.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a tape laying device for carrying out a method for constructing and consolidating a laminate, in particular with regard to the heating surface and / or heating depth.
  • FIG. and Fig. 3 shows a third, in particular with respect to the laying speed further increased, embodiment of a tape laying device for carrying out a method for building and consolidating a laminate.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a tape laying device 1, which is kept simple in particular with regard to the construction of the apparatus, for carrying out a method for constructing a laminate 90.
  • the illustrated tape dispensing device 1 comprises a feeding device 10 for feeding ab currentlydem tape 93 to a, for example, at least one laying bar 21 comprehensive, depositing device 20 for the construction of the laminate 90 by structured depositing tapes 93 and their, preferably complete, consolidation, so the possible full-surface bonding or welding of the binder and / or matrix materials in at least all joining zones 95 of tape 93 to be deposited with the binder and / or matrix materials in the joining zones 95 of the uppermost stacking layer 92 of a previously deposited tape structure 91 such that the near-surface binder and / or matrix materials in the plasticized state of aggregation completely connect and ideally polymer chains are partially looped and / or form covalent bonds.
  • the feeder 10 first tape to be deposited 93 for example, withdrawn from a spool or roll 11, cut to the required length (not shown) and positioned after being fed to the depositing device 20 by means of this over the laying table 61 a consolidation device 60.
  • An excitation device 50 for heating the tap 93 to be deposited and a tape structure 91 which may have already been deposited can, for example, be a rigidly arranged heating device 51 on both sides of the depositing device 20 for tapes 93 to be deposited, which preferably consists of emitters, ideally Infrared (IR) emitters may be formed.
  • IR Infrared
  • Such infrared (IR) emitters advantageously have very short turn-on times and fast response.
  • the performance of the excitation device 50 is adjusted in each case so that the opposite sides of the tape 93 to be deposited and the tapestry 91 already laid down are not brought above the melting or flow temperature of the plastic matrix used.
  • the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1 is particularly suitable for simultaneously, ie simultaneously and exclusively over the entire surface and only superficially plasticizing the binder and / or matrix materials of the surfaces 96 of the joining zones 95 of the tape to be deposited 93 and the topmost stacking 92 or a previously deposited tape structure 91.
  • the superficially plasticized tape 93 on the plasticized surface 96 of the joining zone 95 of the top stacking 92 of a previously deposited tape structure 91 down and as far as possible pressed all over.
  • the laying table 61 and / or the punch 62 of the consolidation device 60 can be designed to be vacuumable (not shown).
  • Stamp 62 and / or Legetisch 61 of the consolidation device 60 may also be provided with a cooling (also not shown) to dissipate introduced by means of the exciter 50 heat and / or to achieve faster solidification of the plastic matrix in the just-consolidated tapestry 91.
  • beam members 21 and / or stamp 62 and / or laying tables 61 formed from links are preferred, which can be controlled to different spatial points.
  • the multi-unit construction of laying beams 21 and / or stamp 62 and / or laying tables 61 has the advantage that the individual members can be designed to be controllable in response to spatial points corresponding to a three-dimensional tape structure 91.
  • an excitation device 50 with a heating device is preferred, which can be adapted to the 3D contour of the component to be constructed in such a way that the distance of the heating device 52 and the tape 93 to be laid and also to the already laid tape structure 91 is approximately equal or alternatively, the heating power of the heater 52 can be adjusted to compensate for any distance differences.
  • the preferred control device 30 is graphically associated with the consolidation device 60, but can of course be arranged as desired in the tape laying device 1 according to the requirements.
  • Fig. 2 shows a second, in particular with respect to the heating surface and / or heating depth held controllable, embodiment of a tape laying device 1 for carrying out a method for building a laminate 90.
  • the otherwise identical to the embodiment of FIG. 1 Tapelegevoriques 1 differs primarily in the Embodiment of the excitation unit 50 for heating the binder and / or matrix materials in the tape 93 to be deposited and any tape structure 91 already laid down.
  • the exciting unit 50 is preferably a movable heater 52, e.g. in the form of an infrared (IR) heating field, preferably as narrow as possible, which is located between the, e.g. can be retracted by means of at least one laying bar 21 of the depositing device 20, positioned tape 93 and one below it on a laying table 61 already laid tapestry 91. After retraction, the infrared (IR) heating field on both sides in the direction of the tapes 93 and the upper stacking layer 92, in the illustration of FIG.
  • IR infrared
  • the simultaneous plastification of the binder and / or matrix materials can also be performed in stacking layers 92 below the top stacking layer 92 carrying the tape 93 of an already deposited tape structure 91 exclusively in the surfaces 96 of the adjoining joining zones 95 and 95 / or across their thickness.
  • the lowermost stacking layer 92 of a previously deposited tape structure 91 should never be plasticized across its thickness in order not to endanger the dimensional accuracy of the laminate 90.
  • simultaneous and full surface and only superficial plasticizing only avoids the binder and / or matrix materials in all joining zones 95 of the tape 93 to be deposited and the topmost stacking tray 92 or one already laid down tapestry 91 in addition to a higher energy consumption, in particular undesirable flow processes and fiber shifts in lying not in contact with a joining zone 95 surfaces 96 of the tapes 93 and / or stacking layers 92, as these surfaces 96 are particularly common in complex tape structures 91.
  • An infrared (IR) heating field can advantageously be carried out with high power and in a very short time, for example 1 s. It can be controlled in such a way that of the tape 93 to be deposited and the uppermost stacking layer 92 or a previously deposited tape structure 91 at a minimum depth of only 10%, in particular only 20%, preferably only 30%, up to a maximum depth be plasticized of 60%, in particular of 75%, preferably of at most 90% of the thickness of the tape 93 and the respective stacking 92.
  • a control of the heating field can be provided with which the binder and / or matrix materials in the tape 93 to be deposited and the binder and / or matrix materials in the uppermost stacking layer 92 of an already deposited tape structure 91 in defined joining zones 95 of the total surface 96 and / or at least the joining zone 95 are plasticized at different depths.
  • the energy input and / or undesirable flow processes can likewise be minimized, particularly in the case of complex tape structures 91.
  • the excitation device 50 is moved away laterally with its heating device 52 from the depositing area of the depositing device 20 or swung out and with one or more punches 62 a consolidation device 60 at least at all joining zones 95 plasticized binder and / or matrix materials in the tape 93 on the corresponding plasticized binder and / or matrix materials in the contact surfaces 95 of the top stacking 92 or an already deposited tape structure 91 down and pressed as far as possible over the entire surface.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a tape laying device 1 for carrying out a method for constructing a laminate 90.
  • the tape laying device 1 which is otherwise identical to the exemplary embodiment according to FIG. 2, differs primarily in a further embodiment of an excitation unit 50 for heating the tape 93 to be deposited and any tape structure 91 already laid down.
  • the depositing device 20 comprises two or more, for example mutually operating, horizontal beams 21a, 21b, ...
  • An excitation device 50 which can be positioned between the depositing device 20 and the consolidating device 60 is now preferably alternately between the individual transverse beams 21a and 21b designed to be movable back and forth, so that during the heating time in the region of the one bar 21b the previously heated tape 93 placed in the other beam 21a and a new tape 93 can be retracted into these beams 21a.
  • the binder and / or matrix materials are simultaneously simultaneously plasticized and consolidated in the surfaces 96 of the joining zones 95 provided for the adjacency, already laid down tape structure 91 and tape 93 to be deposited thereon or matrix materials in said surfaces 96 of the joining zones 95 provided for adjoining, at the same time advantageously over the entire surface or over the entire surface, without causing either complete melting of the binder and / or matrix materials in the already deposited one Tape Quilt 91 still comes to a complete melting in the tape 93 to be deposited thereon.
  • the present invention advantageously permits the construction and consolidation of a laminate 90 without undesirable flow and fiber shifts.
  • the present invention is particularly useful for industrial construction and consolidation of a laminate 90 for, for example, automotive components that are formed into the final component by a thermoforming process or in conjunction with a flowable fiber composite material in the extrusion or injection molding process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (90) und eine zugehörige Tapelegevorrichtung (1). Die Erfindung für das Verfahren besteht in der Durchführung der nachfolgenden Verfahrensschritte: a) Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape (93) an eine Ablegeeinrichtung (20); b) Ablegen von zugeführtem Tape (93) mittels der Ablegeeinrichtung (20); wobei nebeneinander abgelegtes Tape (93) eine Tapelage (92) einer Tapestruktur (91) definiert; und c) Steuern des Erhalts eines konsolidierten Laminats (90) durch: - ein Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93) an eine Anregungseinrichtung (50) und/oder umgekehrt; - ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93); - ein Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape (93) auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur (91) mittels der Ablegeeinrichtung (20), so dass deren Fügezonen (95) aneinandergrenzen; - ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen (96) plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von abgelegtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden bereits abgelegten Tapestruktur (91).

Description

TAPELEGEVORRICHTUNG SOWIE VERFAHREN ZUM AUFBAU EINES LAMINATS
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tapelegevorrichtung sowie auf ein Verfahren zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung, welche wenigstens umfasst:
a) eine Zuführeinrichtung (10) für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape (93) an eine Ablegeeinrichtung (20);
b) eine Ablegeeinrichtung (20) für das Ablegen von zugeführtem Tape (93); wobei nebeneinander abgelegtes Tape (93) eine Tapelage (92) einer Tapestruktur (91) definiert; und
c) eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats (90) durch:
  • eine Führungseinrichtung (40) für das Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93) an eine Anregungseinrichtung (50) und/oder umgekehrt;
    • eine Anregungseinrichtung (50) für ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93); und
    • die Ablegeeinrichtung (20) für das Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape (93) auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur (91) mittels der Ablegeeinrichtung (20), so dass deren Fügezonen (95) aneinandergrenzen; und
    • eine Konsolidierungseinrichtung (60) für ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen (96) plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von abgelegtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden bereits abgelegten Tapestruktur (91).
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium.
Die heutigen Entwicklungstätigkeiten für Produktionsanlagen zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen reichen daher von reiner Maschinenentwicklung bis hin zu schlüsselfertigen Produktionssystemen. Erstere umfassen für gewöhnlich Preform-Herstelleinheiten, Press- und ggf. Injektionseinheiten sowie Nachbearbeitungseinheiten – letztere die entsprechende Automatisation für das Preform-Handling, die Werkzeugreinigung, die Bauteilentnahme und dergleichen mehr.
Die automatisierbare Herstellung der Preform ist definitiv die Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität. Aber auch bei sog. Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll.
Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Faser-Halbzeuge wie mit einem Binder (Schmelzkleber) benetzte und/oder mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägnierte Faser-Garne und/oder Flächengebilde (sog. Prepregs) wie Faser-Gewebe, -Gestricke, -Gelege oder -Matten verwendet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).
An Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste oder der Duroplaste und ggf. zusätzlicher elastifizierender Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Chemikalienbeständigkeit unterscheiden. Duroplastische Formmassen lassen sich durch Temperatureinwirkung plastifizieren, sind in diesem Moment formbar und härten dann irreversibel unter Druck und Temperatur aus. Im Gegensatz zu den Thermoplasten bestehen die Elastomere und Duroplaste (auch Duromere genannt) nach der Verarbeitung, d. h. im gebrauchsfertigen Zustand, aus mehr oder weniger stark vernetzten Makromolekülen, die in der Regel weder schmelzbar noch löslich sind.
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden in einem Schneidprozess, Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollflächig auskleiden. Beim Schneiden der Zuschnitte entsteht, je nach Bauteilgeometrie ein signifikanter Schneidabfall, der nicht verarbeitet werden kann und die Effizienz dieses Prozesses erheblich verschlechtert.
Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz können endlosfaserverstärkte Bauteile über Faser- oder auch als Tape-Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw. verschnittfrei hergestellt werden. Speziell die Verwendung von thermoplastischen Endlosfaser Tapes erweisen sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Hierbei stellt insbesondere das Legen der für gewöhnlich als Tape vorliegenden Faserverbundwerkstoffe zum Aufbau eines Laminats eine besondere Herausforderung dar.
Mit einem „Tape“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Prepregmaterial, beispielsweise zwischen 30 und 150 mm breites Prepreg-Streifenmaterial, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepegmaterial“ sind vorliegend insbesondere Faser-Garne (Rovings), Faser-Gelege und/oder Faser-Gewebe gemeint, welche mit einem Binder benetzt und/oder mit einer Matrix, beispielsweise einer Duroplastmatrix oder Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind.
Bei den „Fasern“ handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, ist aber in gleicher Weise auch für Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern anwendbar.
Das Tape kann auf einem Trägermaterial angeordnet sein, insbesondere einer Trägerfolie oder einem Trägerpapier, das während des Ablegens des Tapes zum Aufbau des Laminats sich von dem Trägermaterial löst, wobei das Trägermaterial mittels einer geeigneten Einrichtung der Tapelegevorrichtung beseitigt, beispielsweise aufgewickelt, wird. Bevorzugt können jedoch auch Tapes Verwendung finden, die keine Trägermaterialien mehr benötigen.
Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits drauf sich befindenden gelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden. Der Schweißpunkt hält hierbei immer nur die Trennfuge zwischen zwei übereinander liegenden Tapelagen zusammen. Die hierdurch komplex abgelegte Fasertapestruktur ist somit nur punktförmig miteinander verbunden. Der Zusammenhalt reicht aus, um die Tapestruktur vom Tisch aufzunehmen und, beispielsweise mit Saugergreifsystemen zu transportieren. Durch den losen Zusammenhalt ist es allerdings nicht möglich, die Tapestruktur homogen, z.B. in einem Infrarot-(IR)-Heizfeld zu erwärmen und zu einem Bauteil umzuformen. Die einzelnen Tapes lösen sich hierbei und sind nicht prozesssicher umzuformen.
Bekannter Stand der Technik bei der Verarbeitung gelegter und punktförmig fixierter Tapestrukturen ist das Konsolidieren in einer Presse. Soweit es sich bei den Tapes um eine thermoplastische Kunststoffmatrix handelt, muss hierbei die gesamte Struktur zunächst auf Schmelz- bzw. Fließtemperatur aufgeheizt und anschließend unter flächigem Pressdruck wieder abgekühlt werden. Hierzu ist der Energieaufwand sehr hoch und macht dadurch das gesamte Verfahren unwirtschaftlich. Ferner kann es durch das vollständige Aufschmelzen der gesamten Struktur zu unerwünschten Fließvorgängen kommen, bei denen Material in der Pressebene nach außen gedrückt wird. Dies führt dann zu gravierenden Verschiebungen der Faserorientierung, die zu geringerer Bauteilfestigkeit führt.
Zur Verarbeitung von Tape bzw. Durchführung eines Tape-Legeverfahrens werden daher heutzutage vielfach auch automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind, Tape strukturiert abzulegen. Bekannt sind insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen, unter welchen vorliegend beispielsweise auch eine sog. Fibre-Placement-Vorrichtung zu verstehen ist.
Während automatisierter Ablegeprozesse wird abzulegendes Tape mittels eines Legekopfes, je nach Typ der eingesetzten Tapelegevorrichtung beispielsweise über einen Gleitschuh oder eine Andruckrolle, auf eine bereits abgelegte Tapestruktur mit vergleichsweise geringem, lediglich lokalem und sehr kurzzeitigem Druck gepresst, so dass das abzulegende Tape sukzessive, also lediglich schrittweise bzw. aufeinander folgend, mit der bereits abgelegten Tapestruktur geringfügig verklebt bzw. verschweißt wird. Hierfür ist jedoch eine geeignete Klebrigkeit bzw. Schweißbarkeit der Binder- und/oder Matrixsysteme in dem abzulegenden Tape beziehungsweise der bereits abgelegten Tapestruktur erforderlich.
Bei der Verarbeitung von Tapes mit duromerem Binder- und/oder Matrix-System kann die Klebrigkeit durch moderates Erwärmen erhöht werden. So ist beispielsweise bekannt geworden, einen warmen Luftstrom an dem abzulegenden Tape vorbeizuführen, welcher eine Erwärmung des abzulegenden Tapes durch thermische Konvektion bewirkt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die vorstehend beschriebene Erwärmung mittels eines warmen Luftstroms nur geringe Wärmeübertragungseigenschaften besitzt und zu geringen Aufheizgeschwindigkeiten des abzulegenden Tapes führt, so dass sich daher nicht gewünschte Ablegegeschwindigkeiten erzielen lassen. Zudem ist zum oberflächennahen Aufschmelzen von Tapes mit thermoplastischem Binder- und/oder Matrix-System die Verwendung von Heißluft nicht geeignet.
Diese Technik wurde beispielsweise in der WO 2009/130087 A1 weiterentwickelt, um damit bevorzugt auch thermoplastische Tapes ablegen zu können. Hierbei ist am Legekopf eine Anregungseinrichtung angebracht, die sich des Ultraschalls, der Induktion und/oder des Infrarots bedient, und welche ein abzulegendes Tape fliegend im Abzug, z.B. von einer Spule oder Rolle, kurz vor dem Ablegezeitpunkt lokal über seine Dicke hinweg erwärmt und das lokal über seine Dicke hinweg erwärmte Tape anschließend über eine flexible Legerolle auf die bereits abgelegte Tapestruktur fliegend aufpresst und so sukzessive miteinander verbunden.
Auch dieser Legeprozess ist allerdings ebenfalls aufgrund seiner lediglich lokal begrenzt wirkenden Ausgestaltung in seiner Legegeschwindigkeit begrenzt und daher insbesondere für eine serientaugliche großflächige Anwendung nicht geeignet.
Zudem kann es bei der Konsolidierung großflächiger Anwendungen aufgrund von prozessbedingt über seine Dicke hinweg erwärmten Tapes zu unerwünschten Fließvorgängen und Faserverschiebungen sowohl im abzulegenden Tape als auch in der obersten Tapelage oder einer bereits abgelegten Tapestruktur kommen. Dies führt zu Eigenspannungen in der gesamten Tapestruktur, die zu Bauteilverzug und einer deutlichen Verschlechterung der physikalischen Bauteileigenschaften führen kann.
Schließlich sei auf die EP 1 315 613 B1 hingewiesen, welche ein Verfahren und Ausrüstung zur Herstellung fortschrittlicher Kompositstrukturen offenbart, umfassend die Schritte:
- Auftragen und Verbinden einer ersten Gruppe von Fasern mit einem Fließband in einem ersten Winkel, wobei ein Matrixmaterial mit der ersten Gruppe von Fasern verbunden ist;
- Auftragen und Verbinden einer zweiten Gruppe von Fasern mit einem Fließband in einem zweiten Winkel, wobei ein Matrixmaterial mit der zweiten Gruppe von Fasern verbunden ist;
- wobei der erste Winkel ungleich dem zweiten Winkel ist, und
- wobei die erste Gruppe der Fasern intermittierend aufgetragen wird, und
- wobei auch die zweite Gruppe der Fasern intermittierend aufgetragen wird, um Ausschnitte im Verbundwerkstoff-Teil vorsehen zu können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Tapelegevorrichtung beziehungsweise ein verbessertes Verfahren zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung bereitzustellen, welche beziehungsweise welches die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufbau eines Laminats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Tapelegevorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau eines Laminats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung ist gekennzeichnet durch:
a) ein Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape an eine Ablegeeinrichtung;
b) ein Ablegen von zugeführtem Tape mittels der Ablegeeinrichtung; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
c) ein Steuern des Erhalts eines konsolidierten Laminats durch:
  • ein in Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape an eine Anregungseinrichtung und/oder umgekehrt;
  • ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape;
  • ein Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur mittels der Ablegeeinrichtung , so dass deren Fügezonen aneinandergrenzen; und
  • ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen von abgelegtem Tape und der dieses Tape tragenden bereits abgelegten Tapestruktur.
Indem erfindungsgemäß die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape simultan plastifiziert und konsolidiert werden, kann das Plastifizieren von Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen in besagten Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen gleichzeitig vorteilhaft ganz- bzw. vollflächig erfolgen, ohne dass es weder zu einem vollständigen Aufschmelzen der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der an die Anregungseinrichtung herangeführten bereits abgelegten Tapestruktur noch zu einem vollständigen Aufschmelzen in dem darauf abzulegenden Tape kommt.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der jeweils der Anregungseinrichtung abgewandten Seite bzw. Oberfläche der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape nicht über Schmelz- bzw. Fließtemperatur der eingesetzten Kunststoffmatrix gebracht werden, können auch großflächige Tapestrukturen beziehungsweise Laminate aus, z.B. 30 bis 150 mm breiten, Tapes vorteilhaft ohne unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen aufgebaut und konsolidiert werden.
Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Begrenzung unerwünschter Fließvorgänge und/oder Faserverschiebungen kann erhöht werden, wenn in einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe nicht nur ausschließlich in der Oberfläche der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezone von an die Anregungseinrichtung herangeführten abzulegenden Tape sondern auch ausschließlich in der Oberfläche der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezone der obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur erfolgt.
Alternativ oder kumulativ dazu kann je nach Grad erwünschter, nämlich im Rahmen der Konsolidierung einzelner Tapes und/oder Tapelagen, oder unerwünschter Fließvorgänge und/oder Faserverschiebungen einzelner Tapes und/oder Tapelagen innerhalb der Tapestruktur in einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe zumindest in der das abzulegende Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur über dessen Dicke hinweg erfolgen.
In Weiterbildung dessen kann in einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe auch in Tapelagen unterhalb der das Tape tragenden obersten Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur ausschließlich in den Oberflächen der aneinandergrenzenden Fügezonen und/oder über deren Dicke hinweg erfolgen. In allen Fällen sollte jedoch die unterste Tapelage einer bereits abgelegten Tapestruktur niemals über deren Dicke hinweg plastifiziert werden, um die Formtreue des Laminats nicht zu gefährden.
Erfindungsgemäß bevorzugt kann in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführtem abzulegendem Tape, obersten Tapelage oder einer bereits abgelegten Tapestruktur
  • in einer minimalen Tiefe von jeweils nur zu 10 %, insbesondere jeweils nur zu 20 %, vorzugsweise von nur 30 %
  • bis zu einer maximalen Tiefe von 60 %, insbesondere von 75 %, vorzugsweise von maximal 90 %
    des jeweiligen Querschnitts Q von abzulegendem Tape, der jeweiligen obersten Tapelage oder der bereits abgelegten Tapestruktur erfolgen.
Alternativ oder kumulativ ist in einer Ausgestaltung des Verfahrens bevorzugt, wenn das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführtem abzulegendem Tape, obersten Tapelage oder einer bereits abgelegten Tapestruktur in definierten Flächenabschnitten der Oberflächen der Fügezonen in unterschiedlichen Tiefen erfolgt.
Eine erfindungsgemäße Tapelegevorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile weist die zum Verfahren beschriebenen Vorteile auf und ist gekennzeichnet durch:
a) eine Zuführeinrichtung für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape an eine Ablegeeinrichtung;
b) eine Ablegeeinrichtung für das Ablegen von zugeführtem Tape; wobei nebeneinander abgelegtes Tape eine Tapelage einer Tapestruktur definiert; und
c) eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats:
  • eine Führungseinrichtung für das Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape an eine Anregungseinrichtung und/oder umgekehrt;
  • eine Anregungseinrichtung für ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen von an die Anregungseinrichtung herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur und darauf abzulegendem Tape; und
  • die Ablegeeinrichtung für das Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur mittels der Ablegeeinrichtung, so dass deren Fügezonen aneinandergrenzen; und
  • eine Konsolidierungseinrichtung für ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen von abgelegtem Tape und der dieses Tape tragenden bereits abgelegten Tapestruktur.
In einer Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass mittels der Steuereinrichtung die Anregungseinrichtung variabel hinsichtlich Heizflächen und/oder Heiztiefen ansteuerbar ist. Die Steuereinrichtung kann dazu beispielsweise einen pyrometrischer Sensor umfassen, mit dem im Heizprozess die Oberflächentemperatur Oberfläche der zugeordneten Tapes gemessen wird. Idealerweise kann mit dem Sensor die Oberflächentemperatur des abzulegenden Tapes an der zur Fügezone abgewandten Seite gemessen werden. Damit lässt sich die Heizleistung bzw. die Heizdauer am besten steuern. Die Heizleistung bzw. Heizdauer wird in jedem Fall derart gesteuert, dass die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der zur Anregungseinrichtung jeweils abgewandten Oberfläche nicht ganz die Schmelz- bzw. Fließtemperatur erreicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist eine Anregungseinrichtung bevorzugt, welche eine Heizvorrichtung umfasst, die zur Verarbeitung von abzulegender Tapes variabler Breite und Länge mit zu- und abschaltbaren Zonen ausgeführt ist. Damit lassen sich vorteilhaft nicht belegte Heizzonen abschalten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist eine Anregungseinrichtung bevorzugt, welche eine Heizvorrichtung umfasst und bevorzugt derart ausgebildet ist, dass der Abstand der Heizeinrichtung und dem zu legenden Tape und auch zu der bereits gelegten Tapestruktur annähernd gleich ist oder die Heizleistung der Heizeinrichtung zum Ausgleich etwaiger Distanzunterschiede und/oder Heiztiefen angepasst werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung umfasst die Anregungseinrichtung eine Abdeckmaske, mit welcher eine Feinjustage der Abstrahlfläche, passend zur Fläche und Position des Tapes und zugeordneten Fläche der darunterliegenden Tapestruktur, vorgenommen werden kann. Eine solche, vorzugsweise variable einstellbare, Abdeckmaske schirmt vorteilhaft überstehende Heizflächenbereiche so ab, dass eine Überhitzung der Ränder und auch eine unerwünschte Erwärmung der Vorrichtung vermieden werden kann. Wenn Abdeckmasken an allen vier Rändern eines Legebereiches angeordnet werden, kann damit sowohl die Breite als auch die Länge und Legeposition angepasst werden. Dies gestattet vorteilhaft die Steuereinrichtung, welche die Heizflächen und/oder Heiztiefen der Anregungseinrichtung variable ansteuert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Konsolidierungseinrichtung wenigstens einen Legetisch und/oder Stempel umfasst, welcher vakuumierbar ausgebildet ist. Dies gestattet vorteilhaft eine Fixierung erster abgelegter Tapes am Tisch bzw. Stempel auch ohne Verbund mit anderen Tapes.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Konsolidierungseinrichtung wenigstens einen Legetisch und/oder Stempel umfasst, welcher mit einer Kühlung versehen sind. Dies verhindert vorteilhaft ein Aufschmelzen oder gar Plastifizieren der untersten und obersten Tapelage einer Tapestruktur über deren Dicke hinweg, womit der angestrebte Erhalt eines formtreuen Laminats unterstützt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass die Ablegeeinrichtung einen einzeln oder wechselweise arbeitenden Legebalken umfasst, wobei wechselseitig arbeitende Legebalken vorteilhaft die Prozessgeschwindigkeit erhöhen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Tapelegevorrichtung ist vorgesehen, dass der/die Legebalken und/oder Stempel und/oder Legetische mehr-gliedrig ausgebildet sind, so dass vorteilhaft die einzelnen Glieder mittels der Steuerungseinrichtung auf zu einer dreidimensionalen Tapestruktur korrespondierende Raumpunkte hin ansteuerbar sind.
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhaft den Aufbau und das Konsolidieren eines Laminats ohne unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen.
Indem sie vorteilhaft den Aufbau wie auch das simultane Konsolidieren gelegter Tapestrukturen auf ein und demselben Legetisch belässt, ist ein Lösen einzelner Tapes oder Tapelagen in Folge von im Stand der Technik anzutreffender Trennung von Aufbau einerseits und Konsolidieren gelegter Tapestrukturen andererseits prozesssicher vermieden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum industriellen Aufbau und Konsolidieren eines Laminats für beispielsweise Automobilbauteile, die über einen Thermoformprozess oder in Verbindung mit einem fließfähigen Faserverbundmaterials im Fließpress- oder Spritzgussprozess zum Endbauteil umgeformt werden.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele von Aufbau und Konsolidierung eines Laminats – auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist – näher erläutert.
Es zeigen schematisch:
Fig. 1 ein erstes, insbesondere hinsichtlich des apparativen Aufbaus einfach gehaltenes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats;
Fig. 2 ein zweites, insbesondere hinsichtlich der Heizfläche und/oder Heiztiefe ansteuerbar gehaltenes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats; und
Fig. 3 ein drittes, insbesondere hinsichtlich der Legegeschwindigkeit weiter gesteigertes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats.
Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile.
Fig. 1 zeigt ein erstes, insbesondere hinsichtlich des apparativen Aufbaus einfach gehaltenes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau eines Laminats 90.
Die dargestellte Tapelegevorrichtung 1 umfasst eine Zuführeinrichtung 10 für das Zuführen von abzulegendem Tape 93 an eine, beispielsweise wenigstens einen Legebalken 21 umfassende, Ablegeeinrichtung 20 für den Aufbau des Laminats 90 durch strukturiertes Ablegen von Tapes 93 und deren, vorzugsweise vollständigen, Konsolidierung, also der möglichst vollflächigen Verklebung bzw. Verschweißung der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in zumindest allen Fügezonen 95 von abzulegendem Tape 93 mit den Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen in der Fügezonen 95 der obersten Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91, derart, dass die oberflächennahen Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe im plastifizierten Aggregatszustand sich vollständig verbinden und idealerweise Polymerketten sich teilweise verschlaufen und/oder kovalente Bindungen bilden.
Dabei wird in der Zuführeinrichtung 10 zunächst abzulegendes Tape 93 beispielsweise von einer Spule oder Rolle 11 abgezogen, auf die erforderliche Länge abgeschnitten (nicht dargestellt) und nach Zuführung an die Ablegeeinrichtung 20 mittels dieser über den Legetisch 61 einer Konsolidierungseinrichtung 60 positioniert.
Eine Anregungseinrichtung 50 für das Erwärmen des abzulegenden Tapes 93 und einer etwaig bereits abgelegten Tapestruktur 91, kann in dieser apparativ schlicht gehaltenen und damit preiswerten Ausgestaltung beispielsweise eine beidseitig der Ablegeeinrichtung 20 für abzulegendes Tapes 93 starr angeordnete Heizvorrichtung 51 sein, welche bevorzugt aus Strahlern, idealerweise Infrarot-(IR)-Strahlern, gebildet sein kann. Solche Infrarot-(IR)-Strahler besitzen vorteilhaft sehr kurze Einschaltzeiten bzw. schnelles Ansprechverhalten.
Die Leistung der Anregungseinrichtung 50 ist in jedem Fall so eingestellt, dass die dazu abgewandten Seiten von abzulegendem Tape 93 und bereits abgelegter Tapestruktur 91 nicht über Schmelz- bzw. Fließtemperatur der eingesetzten Kunststoffmatrix gebracht werden.
Aufgrund ihrer beidseitig der Ablegeeinrichtung 20 starren Anordnung eignet sich das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel insbesondere für ein simultanes, also zeitgleiches und ggf. vollflächiges und ausschließlich oberflächliches Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der Oberflächen 96 der Fügezonen 95 von abzulegendem Tape 93 und der obersten Tapelage 92 oder einer bereits abgelegten Tapestruktur 91.
Nach hinreichendem Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe wird vorzugsweise mit Stempeln 62 der Konsolidierungseinrichtung 60 das oberflächlich plastifizierte Tape 93 auf die plastifizierte Oberfläche 96 der Fügezone 95 der obersten Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 nach unten geführt und so weit als möglich vollflächig aufgedrückt.
Um dabei bereits abgelegte Tapestrukturen 91 zu fixieren, kann der Legetisch 61 und/oder der Stempel 62 der Konsolidierungseinrichtung 60 vakuumierbar ausgebildet sein (nicht dargestellt).
Stempel 62 und/oder Legetisch 61 der Konsolidierungseinrichtung 60 können zudem mit einer Kühlung versehen sein (ebenfalls nicht dargestellt), um die mittels der Anregungseinrichtung 50 eingebrachte Wärme abzuführen und/oder ein schnelleres erstarren der Kunststoffmatrix in der soeben sich konsolidierten Tapestruktur 91 zu erzielen.
Zur Realisierung auch dreidimensionaler Tapestrukturen 91 sind aus Gliedern gebildete Legebalken 21 und/oder Stempel 62 und/oder Legetische 61 bevorzugt, welche auf unterschiedliche Raumpunkte ansteuerbar sind. Die mehr-gliedrige Ausbildung von Legebalken 21 und/oder Stempel 62 und/oder Legetische 61 hat zum Vorteil, dass die einzelnen Glieder auf zu einer dreidimensionalen Tapestruktur 91 korrespondierende Raumpunkte hin ansteuerbar ausbildbar sind.
Für das Tapelegen von dreidimensionalen Laminaten 90 ist schließlich eine Anregungseinrichtung 50 mit einer Heizeinrichtung bevorzugt, welche derart an die 3D Kontur des aufzubauenden Bauteils angepasst werden kann, dass der Abstand der Heizeinrichtung 52 und dem zu legenden Tape 93 und auch zu der bereits gelegten Tapestruktur 91 annähernd gleich ist oder alternativ die Heizleistung der Heizeinrichtung 52 zum Ausgleich etwaiger Distanzunterschiede angepasst werden kann.
Die bevorzugte Steuerungseinrichtung 30 ist zeichnerisch der Konsolidierungseinrichtung 60 zugeordnet, kann aber natürlich entsprechend den Erfodernissen beliebig in der Tapelegevorrichtung 1 angeordnet sein.
Fig. 2 zeigt ein zweites, insbesondere hinsichtlich der Heizfläche und/oder Heiztiefe ansteuerbar gehaltenes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau eines Laminats 90. Die im Übrigen zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 baugleich gehaltene Tapelegevorrichtung 1 unterscheidet sich vornehmlich in der Ausgestaltung der Anregungseinheit 50 für ein Erwärmen der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe im abzulegenden Tape 93 und einer etwaig bereits abgelegten Tapestruktur 91.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung 1 ist die Anregungseinheit 50 vorzugsweise eine bewegbare Heizvorrichtung 52 z.B. in Form eines, bevorzugt möglichst schmalen, Infrarot-(IR)-Heizfeldes, welches zwischen dem, z.B. mittels wenigstens eines Legebalkens 21 der Ablegeeinrichtung 20, positionierten Tape 93 und einer darunter auf einem Legetisch 61 bereits gelegten Tapestruktur 91 eingefahren werden kann. Nach dem Einfahren kann das Infrarot-(IR)-Heizfeld beidseitig in Richtung der Tapes 93 und der oberen Tapelage 92, in der Darstellung von Fig. 2 also nach oben und unten, so strahlen, dass die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der gesamten Oberfläche 96, bevorzugt aber zumindest der Fügezone 95 von abzulegendem Tape 93 und der obersten Tapelage 92 oder der bereits abgelegten Tapestruktur 91 zeitgleich und vollflächig und vorzugsweise ausschließlich oberflächlich plastifiziert werden.
Alternativ oder kumulativ dazu kann je nach Grad erwünschter, nämlich im Rahmen der Konsolidierung einzelner Tapes 93 und/oder Tapelagen 92, oder unerwünschter Fließvorgänge und/oder Faserverschiebungen einzelner Tapes 93 und/oder Tapelagen 92 innerhalb der Tapestruktur 91 in einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe zumindest in der das abzulegende Tape 93 tragenden obersten Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 über dessen Dicke hinweg erfolgen.
In Weiterbildung dessen kann in einer bevorzugten Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe auch in Tapelagen 92 unterhalb der das Tape 93 tragenden obersten Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 ausschließlich in den Oberflächen 96 der aneinandergrenzenden Fügezonen 95 und/oder über deren Dicke hinweg erfolgen. In allen Fällen sollte jedoch die unterste Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 niemals über deren Dicke hinweg plastifiziert werden, um die Formtreue des Laminats 90 nicht zu gefährden.
Gegenüber dem Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der gesamten Oberfläche 96 vermeidet ein zeitgleiches und vollflächiges und ausschließlich oberflächliches Plastifizieren lediglich der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in allen Fügezonen 95 von abzulegendem Tape 93 und der obersten Tapelage 92 oder einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 neben einem höheren Energieverbrauch insbesondere unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen in nicht in Kontakt zu einer Fügezone 95 liegenden Oberflächen 96 der Tapes 93 und/oder Tapelagen 92, wie diese Oberflächen 96 insbesondere bei komplexen Tapestrukturen 91 regelmäßig anzutreffen sind.
Das Heizen mittels z.B. eines Infrarot-(IR)-Heizfeldes kann vorteilhaft mit hoher Leistung und in einer sehr kurzen Zeit von beispielweise 1s erfolgen. Es ist bevorzugt dergestalt ansteuerbar, dass von abzulegendem Tape 93 und der obersten Tapelage 92 oder einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 in einer minimalen Tiefe von jeweils nur zu 10 %, insbesondere jeweils nur zu 20 %, vorzugsweise von nur 30 % bis zu einer maximalen Tiefe von 60 %, insbesondere von 75 %, vorzugsweise von maximal 90 % der Dicke des Tapes 93 bzw. der jeweiligen Tapelage 92 plastifiziert werden. Alternativ oder kumulativ hierzu kann eine Ansteuerung des Heizfeldes vorgesehen sein, mit welchem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe im abzulegenden Tape 93 und die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der obersten Tapelage 92 einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 in definierten Fügezonen 95 der gesamt Oberfläche 96 und/oder zumindest der Fügezone 95 in unterschiedlicher Tiefe plastifiziert werden. Damit können ebenfalls insbesondere bei komplexen Tapestrukturen 91 der Energieeintrag und/oder unerwünschte Fließvorgänge minimiert werden.
Anschließend wird die Anregungseinrichtung 50 mit ihrer Heizvorrichtung 52 aus dem Ablegebereich der Ablegeeinrichtung 20 seitlich weggefahren oder ausgeschwenkt und mit einem oder mehreren Stempeln 62 einer Konsolidierungseinrichtung 60 die zumindest an allen Fügezonen 95 plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe im Tape 93 auf die korrespondierend plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der Kontaktoberflächen 95 der obersten Tapelage 92 oder einer bereits abgelegten Tapestruktur 91 nach unten geführt und so weit als möglich vollflächig aufgedrückt.
Fig. 3 zeigt ein drittes, hinsichtlich der Legegeschwindigkeit weiter gesteigertes, Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung 1 zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau eines Laminats 90. Die im Übrigen zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 baugleich gehaltene Tapelegevorrichtung 1 unterscheidet sich vornehmlich in einer weiteren Ausgestaltung einer Anregungseinheit 50 für ein Erwärmen des abzulegenden Tapes 93 und einer etwaig bereits abgelegten Tapestruktur 91.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Tapelegevorrichtung 1 umfasst die Ablegeeinrichtung 20 zwei oder mehrere, beispielsweise wechselseitig arbeitende, Legebalken 21a, 21b, … Eine zwischen der Ablegeeinrichtung 20 und der Konsolidierungseinrichtung 60 positionierbare Anregungseinrichtung 50 ist nun bevorzugt alternierend zwischen den einzelnen Legebalken 21a und 21b hin und her bewegbar ausgestaltet, so dass während der Heizzeit im Bereich des einen Legebalkens 21b das zuvor aufgeheizte Tape 93 im anderen Legebalken 21a abgelegt und ein neues Tape 93 in diesen Balken 21a eingezogen werden kann.
Indem erfindungsgemäß die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen 96 der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen 95 von an die Anregungseinrichtung 50 herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur 91 und darauf abzulegendem Tape 93 simultan plastifiziert und konsolidiert werden, kann das Plastifizieren von Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen in besagten Oberflächen 96 der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen 95 gleichzeitig vorteilhaft ganz- bzw. vollflächig erfolgen, ohne dass es weder zu einem vollständigen Aufschmelzen der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der an die Anregungseinrichtung 50 herangeführten bereits abgelegten Tapestruktur 91 noch zu einem vollständigen Aufschmelzen in dem darauf abzulegenden Tape 93 kommt.
Indem die Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe in der jeweils der Anregungseinrichtung 50 abgewandten Seite bzw. Oberfläche der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen 95 von an die Anregungseinrichtung 50 herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur 91 und darauf abzulegendem Tape 93 nicht über Schmelz- bzw. Fließtemperatur der eingesetzten Kunststoffmatrix gebracht werden, können auch großflächige Tapestrukturen 91 beziehungsweise Laminate 90 aus, z.B. 30 bis 150 mm breiten, Tapes 93 vorteilhaft ohne unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen aufgebaut und konsolidiert werden.
Die vorliegende Erfindung gestattet vorteilhaft den Aufbau und das Konsolidieren eines Laminats 90 ohne unerwünschte Fließvorgänge und Faserverschiebungen.
Indem sie vorteilhaft den Aufbau wie auch das simultane Konsolidieren gelegter Tapestrukturen 91 auf ein und demselben Legetisch 61 belässt, ist ein Lösen einzelner Tapes 93 oder Tapelagen 92 in Folge von im Stand der Technik anzutreffender Trennung von Aufbau einerseits und Konsolidieren gelegter Tapestrukturen 91 andererseits prozesssicher vermieden.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zum industriellen Aufbau und Konsolidieren eines Laminats 90 für beispielsweise Automobilbauteile, die über einen Thermoformprozess oder in Verbindung mit einem fließfähigen Faserverbundmaterials im Fließpress- oder Spritzgussprozess zum Endbauteil umgeformt werden.
Bezugszeichenliste:
1 Tapelegevorrichtung
10 Zuführeinrichtung
11 Rolle
20 Ablegeeinrichtung
21 Legebalken
21a, 21b Legebalken
30 Steuereinrichtung
50 Anregungseinrichtung
51 Heizeinrichtung
52 Heizeinrichtung
60 Konsolidierungseinrichtung
61 Legetisch
62 Stempel
90 Laminat
91 Tapestruktur
92 Tapelage
93 Tape
95 Fügezonen
96 Oberfläche
Q Querschnitt

Claims (15)

  1. Verfahren zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (90) für beispielsweise Automobilbauteile mittels einer Tapelegevorrichtung (1), gekennzeichnet durch:
    a) ein Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape (93) an eine Ablegeeinrichtung (20);
    b) ein Ablegen von zugeführtem Tape (93) mittels der Ablegeeinrichtung (20); wobei nebeneinander abgelegtes Tape (93) eine Tapelage (92) einer Tapestruktur (91) definiert; und
    c) ein Steuern des Erhalts eines konsolidierten Laminats (90) durch:
    - ein Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93) an eine Anregungseinrichtung (50) und/oder umgekehrt;
    - ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93);
    - ein Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape (93) auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur (91) mittels der Ablegeeinrichtung (20), so dass deren Fügezonen (95) aneinandergrenzen;
    - ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen (96) plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von abgelegtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden bereits abgelegten Tapestruktur (91).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführten obersten Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93) erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe zumindest in der das abzulegende Tape (93) tragenden obersten Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) über dessen Dicke hinweg erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe auch in Tapelagen (92) unterhalb der das abzulegende Tape (93) tragenden obersten Tapelage (92) einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) ausschließlich in den Oberflächen (96) der aneinandergrenzenden Fügezonen (95) und/oder über deren Dicke hinweg erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführtem abzulegendem Tape (93), obersten Tapelage (92) oder einer bereits abgelegten Tapestruktur (91)
    - in einer minimalen Tiefe von jeweils nur zu 10 %, insbesondere jeweils nur zu 20 %, vorzugsweise von nur 30 %
    - bis zu einer maximalen Tiefe von 60 %, insbesondere von 75 %, vorzugsweise von maximal 90 %
    des jeweiligen Querschnitts (Q) von abzulegendem Tape (93), der jeweiligen obersten Tapelage (92) oder der bereits abgelegten Tapestruktur (91) erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem in einer Abfolge des Verfahrens das simultane Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführtem abzulegendem Tape (93), obersten Tapelage (92) oder einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) in definierten Flächenabschnitten der Oberflächen (96) der Fügezonen (95) in unterschiedlichen Tiefen erfolgt.
  7. Tapelegevorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens zum Aufbau und Konsolidieren eines Laminats (90) für beispielsweise Automobilbauteile, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch:
    a) eine Zuführeinrichtung (10) für das Zuführen von mit Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen versehenem abzulegenden Tape (93) an eine Ablegeeinrichtung (20);
    b) eine Ablegeeinrichtung (20) für das Ablegen von zugeführtem Tape (93); wobei nebeneinander abgelegtes Tape (93) eine Tapelage (92) einer Tapestruktur (91) definiert; und
    c) eine Steuereinrichtung (30) zur Steuerung des Erhalts eines konsolidierten Laminats (90) durch:
    - eine Führungseinrichtung für das Heranführen von einer bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93) an eine Anregungseinrichtung (50) und/oder umgekehrt;
    - eine Anregungseinrichtung (50) für ein simultanes Plastifizieren der Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe ausschließlich in den Oberflächen (96) der zur Aneinandergrenzung vorgesehenen Fügezonen (95) von an die Anregungseinrichtung (50) herangeführter bereits abgelegten Tapestruktur (91) und darauf abzulegendem Tape (93); und
    - die Ablegeeinrichtung (20) für das Ablegen des ausschließlich oberflächlich angeregten Tape (93) auf die bereits abgelegte ausschließlich oberflächlich angeregte Tapestruktur (91) mittels der Ablegeeinrichtung (20), so dass deren Fügezonen (95) aneinandergrenzen; und
    - eine Konsolidierungseinrichtung (60) für ein simultanes Zusammenbringen der ausschließlich in den Oberflächen (96) plastifizierten Binder- und/oder Matrix-Werkstoffe der aneinandergrenzenden Fügezonen (95) von abgelegtem Tape (93) und der dieses Tape (93) tragenden bereits abgelegten Tapestruktur (91).
  8. Tapelegevorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinrichtung (30) die Anregungseinrichtung (50) variabel hinsichtlich Heizflächen und/oder Heiztiefen ansteuerbar ist.
  9. Tapelegevorrichtung (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungseinrichtung (50) eine mit zu- und abschaltbaren Zonen ausgeführte Heizvorrichtung (51; 52) umfasst.
  10. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungseinrichtung (50) eine Heizvorrichtung umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass der Abstand der Heizeinrichtung und dem zu legenden Tape (93) und auch zu der bereits gelegten Tapestruktur (91) annähernd gleich ist oder die Heizleistung der Heizeinrichtung zum Ausgleich etwaiger Distanzunterschiede und/oder Heiztiefen angepasst werden kann.
  11. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungseinrichtung (50) eine Abdeckmaske umfasst, welche gegenüber dem abzulegendem Tape (93) überstehende Heizflächenbereiche so abschirmt, dass eine Überhitzung der Ränder von abzulegendem Tape (93) und/oder abgelegter Tapestruktur (91) vermieden sind.
  12. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolidierungseinrichtung (60) wenigstens einen Legetisch (61) und/oder Stempel (62) umfasst, welcher vakuumierbar ausgebildet ist.
  13. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsolidierungseinrichtung (60) wenigstens einen Legetisch (61) und/oder Stempel (62) umfasst, welcher mit einer Kühlung versehen ist.
  14. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablegeeinrichtung (20) einen einzeln oder wechselweise arbeitenden Legebalken (21) umfasst.
  15. Tapelegevorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Legebalken (21) und/oder Stempel (62) und/oder Legetische (61) mehrgliedrig ausgebildet sind, so dass die einzelnen Glieder mittels der Steuerungseinrichtung (30) auf zu einer dreidimensionalen Tapestruktur (91) korrespondierende Raumpunkte hin ansteuerbar sind.
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