WO2016050442A1 - Nadelgreifer - Google Patents

Abstract

.Nadelgreifer zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln. 2.1.Aus dem Stand der Technik allgemein bekannt sind Nadelgreifer (10) zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln (36, 46), die zum Zweck der Ergreifens des Werkstück mit einem distalen Nadelende (36a, 46a) in dieses eindringen, mit einer Basis (20) und mit mindestens zwei Greifnadeln (36, 46), die gegenüber der Basis (20) zwischen einer Freigabeposition und einer Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel (36) in einer erste Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel (46) in einer von der erste Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist. An der Basis (20) ist eine Nadelführungsvorrichtung (50) angebracht ist, die über Führungskanäle (53, 54) zur Führung der Greifnadeln (36, 46) verfügt. 2.2.Es wird vorgeschlagen, dass der Nadelgreifer (10) über eine Spülvorrichtung (52, 57, 55, 6) verfügt, wobei die Spülvorrichtung mindestens einen Zuführkanal (55, 56) für Spülflüssigkeit aufweist, der in mindestens einen Führungskanal (53, 54) mündet, und/oder dass der Nadelführungsvorrichtung (50) eine Heizeinrichtung (60) zugeordnet ist, mittels derer Führungskanäle (53, 54) zur Führung der Greifnadeln (36, 46) erhitzbar sind, um hierdurch die Greifnadeln (36, 46) erhitzen zu können. 2.3.Nutzung insbesondere, um Nadelgreifer zum Transport von Faserverbund-Halbzeugen nutzen zu können.

Description

Nadelgreifer

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK

Die Erfindung betrifft einen Nadelgreifer zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln, die zum Zwecke des Ergreifens des Werkstücks mit einem distalen Nadelende in dieses eindringen. Ein gattungsgemäßer Nadelgreifer verfügt hierfür über eine Basis und mindestens zwei Greifnadeln, die gegenüber der Basis zwischen einer zurückgezogenen Freigabeposition und einer exponierten Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel in einer ersten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel in einer von der ersten Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist. Die Nadeln werden gemeinsam durch eine an der Basis vorgesehene Nadelführungsvorrichtung geführt, die Führungskanäle zur Führung der Greifnadeln aufweist.

Bei einem gattungsgemäßen Nadelgreifer handelt es sich um einen Greifmechanismus, der beispielsweise in Form eines einzelnen Nadelgreifers an einem Roboterarm angebracht werden kann, damit dieser Werkstücke transportieren kann. Auch ist es möglich, eine Mehrzahl von Nadelgreifern in zueinander ortsfester Lage an einem Rahmen oder dergleichen anzubringen, damit diese mehreren Nadelgreifer gemeinsam ein Werkstück ergreifen können.

Die charakteristische Greiftechnik eines Nadelgreifers sieht vor, dass die Nadeln in das Werkstück eindringen. Dadurch, dass die Greifnadeln in unterschiedlicher Richtung eindringen, wird verhindert, dass das Werkstück beim Anheben entlang der Greifnadeln vom Nadelgreifer abrutschen kann.

Bei gattungsgemäßen sowie erfindungsgemäßen Nadelgreifern sind üblicherweise Aktoren an der Basis vorgesehen, die insbesondere pneumatisch betätigt werden und die eine translative Verlagerung der Greifnadeln entlang ihrer jeweiligen Ausrichtung gestatten. Der Nadelgreifer kann so an ein Werkstück herangefahren werden, um anschließend durch Überführung der unterschiedlich ausgerichteten Greifnadeln in ihre jeweilige Greifposition ergriffen zu werden.

Die Verwendung von Nadelgreifern ist möglich, wenn das zu ergreifende Werkstück nicht über eine verletzliche Oberfläche verfügt. So ist insbesondere das Ergreifen textiler Gebilde ein übliches Anwendungsfeld gattungsgemäßer Nadelgreifer. Der Erfindung liegt insbesondere ein besonderes Anwendungsfeld zugrunde, nämlich das Handhaben von Halbzeugen für Faserverbund-Werkstücke. Faserverbundmaterialien bestehen üblicherweise aus einer Faserstruktur, beispielsweise aus Glas oder Kohlenstoff, die durch eine haltgebende und schützende Matrix umgeben sind. Die Matrix wird in der Regel durch ein thermisch während des Produktionsprozesses verflüssigtes Material gebildet, welches nach Abkühlen aushärtet und dann seine Funktionen als Matrix übernehmen kann.

Es ist gewünscht, Halbzeuge aus Fasern und Matrix mit einem erfindungsgemäßen Nadelgreifer zu ergreifen, ohne hierdurch das Werkstück oder den Nadelgreifer zu beschädigen. Beim oben genannten Anwendungsfeld wurde festgestellt, dass auf Seiten des Werkstücks eine solche Beschädigung eintreten kann, wenn die vergleichsweise kalten Nadeln in das erhitzte Werkstück eindringen. Es kommt zu lokalen Abkühlungen in dem Matrixwerkstoff und hiermit verbunden zur Verfestigung des Matrixwerkstoffs in diesen Bereichen. Dies führt bei nachfolgenden formgebenden Verfahren des Halbzeugs zu Schwierigkeiten. Es wurde auch festgestellt, dass das an den Nadeln abkühlende oder dort anhaftende Matrixmaterial nach Abschluss des Handhabungsvorgangs an der Nadel verbleibt und mit dieser zusammen in den Führungskanal der Greifnadel gelangt. Dies kann Störungen verursachen und eine vollständige Demontage des Nadelgreifers zum Zwecke der Reinigung erforderlich machen.

AUFGABE UND LÖSUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, primär einen Nadelgreifer gattungsgemäßer Art dahingehend weiterzubilden, dass obenstehende Nachteile verhindert oder gemindert werden. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, hierzu korrespondierend auch passende Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass gemäß einer ersten Variante der Erfindung der Nadelgreifer über eine Spülvorrichtung verfügt, wobei die Spülvorrichtung mindestens einen Zuführkanal für Spülflüssigkeit aufweist, der in mindestens einen Führungskanal der Greifnadeln mündet.

Erfindungsgemäß wird demnach vorgesehen, den Nadelgreifer selbst mit einer Reinigungsmöglichkeit in Form einer integrierten Spülvorrichtung zu versehen, die ein Spülen der Führungskanäle der Greifnadeln gestattet. Dabei wird als charakteristisch für eine Spülvorrichtung in diesem Sinne das Vorhandensein von Flüssigkeitskanälen verstanden, die die Zuführung von Spülflüssigkeit von außen gestatten und deren Weiterleitung bis in die Führungskanäle ermöglichen. Vorzugsweise werden die Führungskanäle ebenso wie der mindestens eine Zuführkanal durch Sacklochbohrungen oder Durchgangsbohrungen in einem gemeinsamen metallischen Bauteil gebildet, welches Komponente der Nadelführungsvorrichtung ist und die Führungskanäle für die Greifnadeln beinhaltet.

Vorzugsweise ist an der Nadelführungsvorrichtung ein Spülflüssigkeitsanschluss vorgesehen, der eine Leitungs- oder Schlauchverbindung zu einer Fördereinrichtung für die Spülflüssigkeit ermöglicht. Über diesen Spülflüssigkeitsanschluss wird die Flüssigkeit zugeführt, die dann über den mindestens einen Zuführkanal in die Führungskanäle gelangt.

Eine baulich einfache Gestaltung kann dadurch erzielt werden, dass mehrere Führungskanäle für mehrere Greifnadeln, insbesondere identischer Ausrichtung, durch einen gemeinsamen linearen Zuführkanal gespeist werden. Dieser kann insbesondere im rechten Winkel zu den Zuführkanälen stehen. Da es als vorteilhaft angesehen wird, wenn mehrere Nadeln gleicher Ausrichtung am Nadelgreifer vorgesehen sind, die in zueinander parallelen Führungskanälen geführt sind, ist es von besonderem Vorteil, wenn diese mehreren Führungskanäle oder gar alle Führungskanäle gleichgerichteter Greifnadeln den Zuführkanal derart schneiden, dass sie gemeinsam gespeist werden können. Je nach konkreter Ausrichtung der Greifnadeln kann es sogar möglich sein, die Führungskanäle aller auch unterschiedlich ausgerichteter Greifnadeln mit nur einem Zuführkanal zu speisen. Von Vorteil ist es jedoch zumeist, mehrere Zuführkanäle, insbesondere zwei Zuführkanäle, vorzusehen, die insbesondere vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sind und die jeweils zum Speisen von Führungskanälen von Greifnadeln unterschiedlicher Ausrichtung vorgesehen sind.

Beim Vorhandensein mehrerer Zuführkanäle sind diese vorzugsweise mit dem gleichen Spülflüssigkeitsanschluss an der Nadelführungsvorrichtung kommunizierend verbunden.

Insbesondere in Weiterbildung des beschriebenen Nadelgreifers mit Spülvorrichtung, im Einzelfall jedoch auch bei einem Nadelgreifer ohne Spülvorrichtung zweckmäßig, ist die Realisierung einer zweiten Variante der Erfindung. Bei dieser ist vorgesehen, dass der Nadelführungsvorrichtung eine Heizeinrichtung zugeordnet ist, mittels derer die Führungskanäle zur Führung der Greifnadeln erhitzt werden können, um die Greifnadeln hierdurch mittelbar zu erhitzen.

Dieses Erhitzen der Greifnadeln vermindert das eingangs genannte Problem lokaler Störungen in den Werkstücken. Die Greifnadeln müssen nicht zwingend eine mit dem Werkstück identische Temperatur aufweisen. Da beim eingangs genannten Anwendungsfeld das zu handhabende Halbzeug üblicherweise eine Temperatur oberhalb von 200°C aufweist, wird jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn die Heizeinrichtung ausreichend stark dimensioniert ist und ausreichend nah an den Greifnadeln angeordnet ist, dass die Greifnadeln bei üblicher Umgebungstemperatur von 20°C mindestens auf 180°C erhitzt werden können. Auch die Anlagefläche, die bestimmungsgemäß am Werkstück anliegt und die durch die Führungskanäle durchdrungen ist, sollte vorzugsweise von der Heizeinrichtung auf mindestens 180°C erhitzbar sein.

Neben dem Erhitzen der Greifnadeln zum Zwecke der Verhinderung von Störungen im Werkstück steht dieses Erhitzen auch im Zusammenhang mit der Reinigung der Greifnadeln und der Führungskanäle durch die oben genannte Spülvorrichtung. Es wurde festgestellt, dass es erheblich einfacher ist, Greifnadeln mittels einer Spülvorrichtung von Matrixmaterial zu befreien, die erhitzt sind und somit einer Verfestigung des Matrixmaterials entgegengewirkt haben.

Wie bereits erwähnt, erfolgt erfindungsgemäß das Erhitzen der Greifnadeln über ein Erhitzen der Nadelführungsvorrichtung, in der die Führungskanäle vorgesehen sind. Da die Greifnadeln in den Führungskanälen üblicherweise mit Spiel geführt sind, ist ein Berührkontakt der Greifnadeln mit den Innenflächen des Führungskanals nicht immer gewährleistet. Es wurde jedoch festgestellt, dass der Wärmeübertrag bei den hier gewählten üblichen Spielpassungen groß genug ist, um eine annähernd identische Temperatur der Innenflächen des Führungskanals und der Greifnadeln zu bewirken. Um im Übrigen mit nur geringer Isolationswirkung die Wärme von der Heizeinrichtung bis zu den Greifnadeln zu transportieren, ist es von Vorteil, wenn die Nadelführungseinrichtung einen metallischen Nadelführungsblock aufweist, der von mindestens einem Führungskanal zur Führung einer Greifnadel durchdrungen wird und der weiterhin eine Ausnehmung aufweist, in die die Heizeinrichtung eingesetzt ist.

Das Erhitzen der Nadelführungseinrichtung auf Temperaturen im Bereich von 180°C und mehr hat sich jedoch auch als nicht vollständig unproblematisch erwiesen. Die hiermit einhergehende Erhitzung der Basis kann aufgrund von Längenausdehnungen zu Störungen führen. Zudem können gegebenenfalls an der Basis vorgesehene elektronische Komponenten Schaden nehmen.

Es wird daher vorgeschlagen, den Wärmeübertrag zwischen der Basis und der Nadelführungseinrichtung mit einer oder mehreren der folgenden Maßnahmen zu begrenzen. Die gleichen Maßnahmen werden auch vorgeschlagen zur Verwendung zwischen einem Nadelträger, an dem der Spitze abgewandte proximale Nadelenden befestigt sind, einerseits und der Basis andererseits. Eine erste Möglichkeit sieht vor, dass eine wärmeisolierende Schicht oder Lage zwischen der Nadelführungseinrichtung bzw. dem Nadelträger einerseits und Basis andererseits angeordnet ist. Es kann sich beispielsweise um ein keramisches Bauteil handeln, welches hier Verwendung findet. Ebenfalls als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Isolierung dadurch erzielt wird, dass mindestens eine Anlagefläche an der Nadelführungseinrichtung, dem Nadelträger oder dem genannten Isolator, die in Richtung der Basis weisen, und/oder korrespondierende Anlageflächen an der Basis nicht flächig ausgebildet sind, sondern über vorzugsweise geradlinig erstreckte Anlagerippen und Nuten verfügen, die die unmittelbaren Kontaktflächen verringert. Dieser Effekt kann auch dadurch verstärkt werden, dass zwei aneinander anliegende Anlagebereiche jeweils mit solchen Anlagerippen/Nuten versehen werden, die winkelversetzt zueinander angelegt werden. Hierdurch lässt sich bei hoher Stabilität die Gesamtanlagefläche zwischen den Anlagebereichen deutlich verringern, da direktes Anliegen nur an den Schnittpunkten der Anlagerippen gegeben ist. Ebenfalls kann es von Vorteil sein, ein Abschirmblech, insbesondere ein aus Edelstahl gefertigtes Abschirmblech, zwischen der Basis einerseits und der Nadelführungseinrichtung und/oder den Nadelträgern andererseits anzubringen, welches insbesondere gegen Wärmestrahlung wirkt.

Sofern alleine durch solche passiven Isolationsmittel die gewünschte Temperatur der Basis nicht eingehalten werden kann, kann bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung auch eine Kühleinrichtung vorgesehen werden, die der aktiven Kühlung der Basis dient. Insbesondere umfasst eine solche Kühleinrichtung als wesentliche Merkmale mindestens einen die Basis durchdringenden Kühlkanal sowie einen Kühlmittelzulaufanschluss und einen Kühlmittelab- laufanschluss. Das Kühlmittel selbst wird von einer externen Fördereinrichtung dem Nadelgreifer zugeführt. Die als Wärmetauscher agierenden Kühlkanäle gestatten die Erwärmung des Kühlmittels, welches dann am Kühlmittelablauf-Anschluss wieder aus der Basis entweicht.

Von Vorteil ist es, wenn der Basis ein Temperatursensor zugeordnet ist, welcher unmittelbar an der Basis vorgesehen sein kann oder auch in Form eines beabstandeten Pyrometers ausgebildet sein kann. Hierdurch lässt sich die Temperatur der Basis erfassen, um hierdurch entweder die Kühleinrichtung gezielt aktivieren zu können oder auch um möglicherweise Abkühlphasen im Produktionsprozess vorzusehen.

Zum Ergreifen von Werkstücken verfügt der Nadelgreifer vorzugsweise über eine Anlagefläche, die im Werkstück angelegt wird, bevor die Nadeln zum Ergreifen des Werkstücks verfahren werden. Diese Anlagefläche ist vorzugsweise Teil der Nadelführungseinrichtung und insbesondere vorzugsweise Teil des genannten metallischen Nadelführungsblocks. Die Erwärmung des Nadelführungsblocks im Falle des Vorhandenseins einer Heizeinrichtung führt somit auch zum Erwärmen dieser Anlagefläche, so dass auch hier eine Schädigung des Matrixmaterials vermieden werden kann.

Neben dem beschriebenen Nadelgreifer selbst betrifft die Erfindung auch eine Handhabungsvorrichtung zur Handhabung insbesondere von Verbundwerkstoff-Halbzeugen, welche mindestens einen oben beschriebenen Nadelgreifer mit Spülvorrichtung aufweist sowie eine Fördereinrichtung zur Förderung von Spülflüssigkeit, die über eine Spülflüssigkeitsleitung mit dem Zuführungskanal oder den Zuführungskanälen für Spülflüssigkeit verbunden ist. Auch eine Handhabungsvorrichtung mit einem Nadelgreifer mit einer Kühlvorrichtung oben beschriebener Art ist von der Erfindung umfasst, wobei neben dem mindestens einen Nadelgreifer auch eine Fördereinrichtung zur Förderung von Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, die über eine Kühlflüssigkeitslei- tung mit einem Kühlkanal in der Basis des Nadelgreifers verbunden ist.

Eine solche Handhabungsvorrichtung kann mehrere Nadelgreifer umfassen, welche gemeinsam an einem Tragrahmen angebracht sind und zur gemeinsamen Handhabung von Werkstücken vorgesehen sind. Beim Vorhandensein mehrerer solcher Nadelgreifer zum gemeinsamen Agieren kann es vorteilhaft sein, nur eine Förderungseinrichtung zur Förderung von Spülflüssigkeit bzw. nur eine Fördereinrichtung zur Förderung von Kühlflüssigkeit vorzusehen, mittels derer mehrere Nadelgreifer versorgt werden.

Da das Nachrüsten bestehender Systeme, die nicht über eine Spüleinrichtung bzw. Heizeinrichtung verfügen, im Einzelfall zu aufwändig sein kann, wird als Alternative vorgeschlagen, ein Set zu verwenden, welches einen üblichen Nadelgreifer mit oder ohne Spülvorrichtung oben beschriebenen Typs umfasst, sowie eine Reinigungseinrichtung zur Reinigung der Greifnadeln. Dabei verfügt diese Reinigungsvorrichtung über einen textilen oder vliesartigen Reinigungsabschnitt, der zum teilweisen Eintauchen verschmutzter Greifnadeln vorgesehen ist. Weiterhin verfügt die Reinigungsvorrichtung über einen Transport- oder Wechselmechanismus, über den der Reinigungsabschnitt automatisch verfahrbar oder wechselbar ist.

Die Reinigungsvorrichtung dient also dem Zweck einer externen Reinigung. Hierzu wird im Pro- duktionsprozess der Nadelgreifer wiederholt an die Reinigungseinrichtung herangefahren, um durch Eintauchen der Greifnadeln in den Reinigungsabschnitt diese von Verschmutzungen zu befreien. Damit der Reinigungsabschnitt selbst nicht in zunehmend verunreinigtem Zustand Verwendung findet, umfasst die Reinigungsvorrichtung einen Mechanismus, der den Wechsel des Reinigungsabschnitts gestattet. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Reinigungseinrichtung über ein textiles oder vliesartiges Material verfügt, welches zunächst auf einer Rolle angeordnet wird und automatisiert stückweise einen Vorschub erfährt, wenn ein Reinigungsvor- gang ansteht, so dass stets ein frischer oder zumindest noch nicht zu häufig verwendeter Reinigungsabschnitt verwendet werden kann. Hierdurch findet ein Wechsel des jeweils verwendeten Reinigungsabschnittes statt.

Der flächige Reinigungsabschnitt kann darüber hinaus genutzt werden, um die Anlagefläche für das Werkstück zu reinigen, indem der Nadelgreifer mit der Anlagefläche an den Reinigungsabschnitt herangefahren wird und dort anliegend relativ zu diesem verlagert wird. Bei einer Reinigungsvorrichtung mit einem automatisiert vorschiebbaren Reinigungsabschnitt kann hierfür in vorteilhafter Weise der Vorschub des Reinigungsabschnitts verwendet werden.

Das korrespondierende Verfahren hierfür wird ebenfalls als von der Erfindung umfasst angesehen. Hierbei fährt der Nadelgreifer, beispielsweise angekoppelt an einen Roboterarm, den Reinigungsabschnitt an und bewegt dann die Greifnadeln, um diese vorzugsweise mehrfach in den Reinigungsabschnitt eintauchen zu lassen und hierbei die Verunreinigungen abzustreifen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Figuren nachfolgend erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 und 2 erfindungsgemäßen Nadelgreifer in einer Perspektive von schräg

Fig. 3a und 3b den Nadelgreifer in einer Perspektive von unten mit eingefahrenen bzw.

ausgefahrenen Nadeln,

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung des Nadelgreifers,

Fig. 5a und 5b einen Nadelführungsblock des Nadelgreifers in einer Außendarstellung und einer Darstellung mit eingezeichneten Kanälen,

Fig. 6a und 6b Schnittdarstellungen durch den Nadelführungsblock des Nadelgreifers,

Fig. 7 einen Hauptkörper der Basis des Nadelgreifers, Fig. 8 einen Verbund aus mehreren Nadelführungsgreifern mit Versorgungseinrichtungen für Spülflüssigkeit und Kühlflüssigkeit und

Fig. 9 Nadelgreifer mit hierfür vorgesehener externer Reinigungseinrich-

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFUHRUNGSBEISPIELE

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Nadelgreifers. Anhand dieser Figuren und der Explosionsdarstellung der Fig. 4 sollen zunächst die wesentlichen Komponenten erläutert werden.

Der Nadelgreifer 10 verfügt über eine Basis 20, die zur Anbringung an einem Roboterarm oder zur gemeinsamen Anbringung mit weiteren Nadelgreifern an einem gemeinsamen Rahmen vorgesehen ist. An der Basis 20 sind Anschlüsse 22 für Pneumatikleitungen vorgesehen, mittels derer zwei Kolben 32, 42 in Richtung der Pfeile 3, 4 translativ verfahren werden können.

Durch diese Kolben 32, 42 sind Schlitten 30, 40 in Richtung der Pfeile 3, 4 translativ verfahrbar. Diese Schlitten umfassen jeweils einen Nadelträger 34, 44, an welchem die Greifnadeln 36, 46 des Nadelgreifers 10 mit ihren proximalen Enden 36b, 46b befestigt sind. Die distalen Enden 36a, 46a der Greifnadeln 36, 46 ragen in Führungskanäle 53, 54 eines Nadelführungsblockes 51 , welcher Hauptbestandteil einer Nadelführungsvorrichtung 50 ist.

Bezug nehmend auf die Fig. 3a und 3b gestattet es der Nadelgreifer somit, durch pneumatische Bewegung der Schlitten 30, 40 die Greifnadeln 36, 46 aus ihrem jeweils eingefahrenen Zustand der Fig. 3a in ihren ausgefahrenen Zustand der Fig. 3b zu überführen. Aus dem Zustand der Fig. 3a, in welchem die Greifnadeln 36, 46 eine Anlagefläche 51 b des Nadelführungsblocks 51 nicht überragen, können die Greifnadeln 36, 46 in die herausgefahrene Stellung der Fig. 3b überführt werden, in welcher sie in ihrer jeweiligen unterschiedlichen Ausrichtung in das Werkstück eindringen und dieses somit erfassen.

Der dargestellte Nadelgreifer 10 weist eine Reihe von Besonderheiten auf, die im Zusammenhang mit seinem insbesondere vorgesehenen Anwendungsfeld stehen. Dieses Anwendungsfeld ist die Handhabung von Halbzeugen für Faserverbundwerkstoff-Werkstücke. Diese Halbzeuge bestehen aus einer Faserstruktur und einem Matrixwerkstoff, der erhitzt und noch nicht ausgehärtet ist. Die Handhabung dieser mattenartigen Halbzeuge ist mit traditionellen Nadelgreifern problematisch, da die vergleichsweise kühlen Nadeln den Matrixwerkstoff während des Transportes verfestigen und im Übrigen hierbei stark verunreinigt werden.

Zur Nutzung mit solchen Halbzeugen und vergleichbaren Anwendungsfeldern verfügt der Nadelgreifer 10 über die folgenden Merkmale:

Der Nadelgreifer 10 verfügt über eine integrierte Spülvorrichtung. Diese Spülvorrichtung um- fasst einen Spülflüssigkeitsanschluss 52 sowie im Nadelführungsblock 51 vorgesehene Zuführkanäle. Bezug nehmend auf die Fig. 5a und 5b, die den Nadelführungsblock 51 zeigen, bilden zwei zueinander parallele Zuführkanäle 55, 56, die endseitig mit Stopfen verschlossen sind, gemeinsam mit einem hierzu quer ausgerichteten Verteilerkanal 57 und dem genannten Spülflüssigkeitsanschluss 52 die wesentlichen Komponenten der Spülvorrichtung. Die beiden parallelen Zuführkanäle 55, 56 schneiden die jeweils sechs Führungskanäle 53, 54 der Greifnadeln 36, 46, die jeweils eine übereinstimmende Ausrichtung aufweisen. Durch eine am Spülflüssigkeitsanschluss 52 angeschlossene Spülflüssigkeitsfördereinrichtung kann somit die Spülflüssigkeit bis zu den Führungskanälen 53, 54 gefördert werden. Hier wird sie dann in einen schmalen Zwischenraum zwischen den Greifnadeln 36, 46 und den jeweiligen Innenwandungen der Führungskanäle 53, 54 eingepresst. Sie strömt von dort dann entlang der Führungskanäle 53, 54 bis zu deren jeweiligen Enden, wo sie austritt.

Mittels der Spülvorrichtung ist es somit möglich, Rückstände in den Führungskanälen 53, 54 zu beseitigen und gleichzeitig auch die Greifnadeln 36, 46 zu reinigen. Ein solcher Reinigungsvorgang findet vorzugsweise zwischen Transportvorgängen statt. Während der Reinigung können die Greifnadeln 36, 46 gegenüber den Führungskanälen 53, 54 bewegt werden, um die Reinigungswirkung noch zu verbessern.

Zu den spezifischen Besonderheiten des hier dargestellten Nadelgreifers gehört darüber hinaus das Vorhandensein einer Heizeinrichtung 60. Diese Heizeinrichtung besteht aus zwei Heizstäben 62, die in Bohrungen 59 des Nadelführungsblocks 51 eingesetzt sind. Diese elektrische Heizeinrichtung 60 ist in der Lage, den Nadelführungsblock 51 und somit die darin vorgesehenen Führungskanäle 53, 54 zu erwärmen. Hierdurch werden auch die Nadeln 36, 46 erwärmt. Die Heizeinrichtung, die in der Schnittdarstellungen der Fig. 6b schematisch dargestellt ist, gestattet ein Erhitzen der Greifnadeln 36, 46 auf mindestens 180°. Durch die Erwärmung der Nadeln auf diese Temperatur oder gar auf höhere Temperaturen wird ein lokales Abkühlen des Halbzeugs während des Transportes wirksam vermieden. Die Heizeinrichtung kann dauerhaft aktiviert sein oder phasenweise aktiviert werden, gegebenenfalls auch in Reaktion auf eine per Temperatursensor gemessene Temperatur. Es können auch Heizstäbe Verwendung finden, in die ein Thermostat bereits eingebaut ist, so dass dieser eine vorgegebene Temperatur hält.

Das Erhitzen des Nadelführungsblocks 51 und der Führungskanäle 53, 54 sowie der Greifnadeln 36, 46 ist nicht nur der Vermeidung einer Schädigung des Halbzeugs dienlich, sondern hilft auch bei der Reinigung des Nadelgreifers mittels Spülung. Durch die hohe Temperatur verfestigt der Matrixwerkstoff, der an den Greifnadeln 36, 46 haften bleibt, und gegebenenfalls in die Führungskanäle 53, 54 gelangt, in geringerem Maße, so dass die Entfernung desselben entsprechend erleichtert ist.

Die Erhitzung des Nadelführungsblocks 51 kann auch zu einer Erhitzung der Basis 20 des Nadelgreifers führen, wobei diese nicht gewünscht ist. Um diese Erhitzung gering zu halten, sind verschiedene Maßnahmen vorgesehen.

Insbesondere der Fig. 4 ist zu entnehmen, dass zwischen einem Hauptblock 24 der Basis 20 und dem Nadelführungsblock 51 ein Isolatorkörper 23 vorgesehen ist. Dieser kann beispielsweise aus keramischem Material bestehen. Er hemmt den Wärmeübertrag vom erhitzten Nadelführungsblock 51 auf den Hauptkörper 24. Diese Wirkung wird noch dadurch unterstützt, dass der Isolator 23 in zwei gegenüberliegenden Anlagebereichen 23a, 23b jeweils mit alternierenden Rippen und Nuten versehen ist, um die effektive Anlagefläche an die benachbarten Baugruppen zu verringern. In ähnlicher Weise ist auch die Anlagefläche 51 a des Nadelführungsblocks 51 mit alternierenden Nuten und Rippen versehen. Der Wärmeübertrag vom Nadelführungsblock 51 auf den Isolator 23 erfolgt aufgrund der versetzten Anordnung nur in sehr kleinen Flächenbereichen.

Ein ähnlicher Mechanismus ist an den Schlitten 30, 40 vorgesehen. Die hier zum Halten der Nadeln vorgesehenen Nadelträger 34, 44 sind gegenüber den Kolben 32, 42 ebenfalls durch thermisch wirksame Isolatorkörper 33, 43 isoliert, die ebenfalls im Bereich einer Anlagefläche 43a, 33a alternierende Rippen und Nuten aufweist, um die zum Wärmeübertrag wirksame Anlagefläche zu reduzieren.

Zur weiteren Reduktion des Wärmeeintrags in den Grundkörper 24 ist ein aus Edelstahl gefertigtes Abschirmblech 26 vorgesehen, welches zwischen dem Nadelführungsblock 51 und dem Grundkörper 24 angeordnet ist. Es dient insbesondere der Abschirmung des Grundkörpers 24 gegen Wärmestrahlung. Die beschriebenen passiven Maßnahmen zur Verhinderung des Wärmeübertrags vom Nadelführungsblock 51 auf den Grundkörper 24 können im Einzelfall bereits ausreichen. Von Vorteil kann es jedoch sein, zusätzlich im Grundkörper 24 eine Kühleinrichtung zur aktiven Kühlung vorzusehen. Diese Kühleinrichtung besteht aus einem Kühlmittelzulaufanschluss 74, einem Kühlmittelablaufanschluss 76 sowie den Grundkörper 24 durchdringenden Kühlkanälen 72, die als Wärmetauscher geeignet sind, die Wärme des erhitzten Grundkörpers 24 an die Kühlflüssigkeit abzugeben und hierdurch abzutransportieren.

Ein Teil der Kühleinrichtung kann darüber hinaus ein Temperatursensor 77 sein, der erfasst, ob eine aktive Kühlung bereits erforderlich ist und es gestattet, nur in diesem Falle die aktive Kühlung zu initiieren.

Fig. 8 zeigt die Verwendung eines beschriebenen Nadelgreifers 10 im Verbund mit weiteren Nadelgreifern. Die im Beispiel drei Nadelgreifer 10 sind gemeinsam an einem Rahmen 1 10 angebracht und werden somit jeweils gemeinsam bewegt. Dieser Rahmen 1 10 ist mit Verteilern 1 12 für Spülflüssigkeit und Kühlflüssigkeit versehen. Weiterhin ist eine Fördereinrichtung 88 für die Spülflüssigkeit vorgesehen, die über eine Leitung 89 mit dem Rahmen 1 10 und den dortigen Verteilern 1 12 verbunden ist. Für die Kühlflüssigkeit ist eine weitere Fördereinrichtung 78 vorgesehen, welche über Leitungen 79 in ähnlicher Weise mit dem Rahmen 1 10, den Verteilern 1 12 und somit den Nadelgreifern 10 verbunden ist.

Die Fig. 9 zeigt ein Set, bestehend aus einem Nadelgreifer 10, der abweichend von dem dargestellten Nadelgreifer auch ohne eigene Spüleinrichtung ausgebildet sein könnte, da eine zusätzliche externe Reinigungseinrichtung 200 vorgesehen ist. Diese externe Reinigungseinrichtung verfügt über einen Quellwickel 202, aus flächigem textilen oder vliesartigen Material, welches über Umlenkrollen 203, 204 zu einem Zielwickel 205 geführt ist. Dem Zielwickel 205 ist ein Motor 206 zugeordnet, über den die Materialbahn 210 des textilen oder vliesartigen Materials vom Wickel 202 abgewickelt und auf den Wickel 205 aufgewickelt werden kann.

Die textile oder vliesartige Materialbahn 210 stellt ein Reinigungsmittel dar, mittels dessen die Greifernadeln 36, 46 gereinigt werden können. In der in Fig. 9 dargestellten Weise kann der Nadelgreifer 10 an die Materialbahn 210 herangefahren werden und diese dann durch Bewegen der Nadeln durch die Materialbahn 210 hindurchstechen, wobei Rückstände von den Greifnadeln abgestreift werden. Um diesen Vorgang zu erleichtern, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Stützblock 220 unterhalb der Materialbahn 210 angeordnet, in welchem eine oder mehrere Ausnehmungen 222 vorgesehen sind, in die die Nadeln einfahren können. Die Reinigungsvorrichtung 200 gestattet es im Zusammenspiel mit einem konventionellen Nadelgreifer, die spezifischen Verunreinigungen, die beim Transport der Verbundwerkstoff- Halbzeuge entstehen, zu entfernen, ohne hierfür einen besonderen Nadelgreifer nutzen zu müssen.

Die Reinigungsvorrichtung 200 kann weiterhin auch dafür genutzt werden, die Anlagefläche 51 b zu reinigen, indem bei eingefahrenen Nadeln die an der Materialbahn 210 anliegende Anlagefläche 51 b relativ zur Materialbahn 210 verlagert wird. Dies kann durch eine Bewegung des Nadelgreifers erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es jedoch bei stillstehendem Nadelgreifer über die Bewegung der Materialbahn 210, angetrieben durch den Motor 206.

Claims

Patentansprüche

Nadelgreifer (10) zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln (36, 46), die zum Zweck der Ergreifens des Werkstück mit einem distalen Nadelende (36a, 46a) in dieses eindringen, mit

einer Basis (20) und

mindestens zwei Greifnadeln (36, 46), die gegenüber der Basis (20) zwischen einer Freigabeposition und einer Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel (36) in einer erste Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel (46) in einer von der erste Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist,

wobei

an der Basis (20) mindestens eine Nadelführungsvorrichtung (50) angebracht ist, die über Führungskanäle (53, 54) zur Führung der Greifnadeln (36, 46) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass

der Nadelgreifer (10) über eine Spülvorrichtung (52, 57, 55, 56) verfügt, wobei die Spülvorrichtung mindestens einen Zuführkanal (55, 56) für Spülflüssigkeit aufweist, der in mindestens einen Führungskanal (53, 54) mündet.

Nadelgreifer (10) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Nadelführungsvorrichtung (50) über mehrere Führungskanäle (53, 54) für mehrere Greifnadeln (36, 46) verfügt, wobei ein gemeinsamer linearer Zuführkanal (55, 56) in diese mehreren Führungskanale (53, 54) mündet, wobei diese Führungskanäle (53, 54) vorzugsweise zur Führung von Greifnadel (36, 46) identischer Ausrichtung vorgesehen sind.

Nadelgreifer (10) nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Nadelführungsvorrichtung (50) über mehrere Zuführkanäle (55, 56) verfügt, die jeweils in mindestens einen Führungskanal (53, 54) für eine Greifnadel (36, 46) münden, wobei diese Führungskanäle (53, 54) zur Führung von Greifnadel (36, 46) unterschiedlicher Ausrichtung vorgesehen sind und wobei vorzugsweise die mehreren Zuführkanäle (55, 56) mit einem gemeinsamen Spülflüssigkeitsanschluss (52) an der Nadelführungsvorrichtung (50) verbunden sind.

4. Nadelgreifer (10) zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln (36, 46), die zum Zweck der Ergreifens des Werkstück mit einem distalen Nadelende (36a, 46a) in dieses eindringen, mit

einer Basis (20) und

mindestens zwei Greifnadel (36, 46), die gegenüber der Basis (20) zwischen einer Freigabeposition und einer Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel (36) in einer erste Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel (46) in einer von der erste Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist,

wobei

an der Basis (20) mindestens eine Nadelführungsvorrichtung (50) angebracht ist, die über Führungskanäle (53, 54) zur Führung der Greifnadeln (36, 46) verfügt, und wobei der Nadelgreifer (10) vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Nadelführungsvorrichtung (50) eine Heizeinrichtung (60) zugeordnet ist, mittels derer Führungskanäle (53, 54) zur Führung der Greifnadeln (36, 46) erhitzbar sind, um hierdurch die Greifnadeln (36, 46) erhitzen zu können.

5. Nadelgreifer (10) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Nadelführungseinrichtung (50) einen metallischen Nadelführungsblock (51 ) aufweist, der von mindestens einem Führungskanal (53, 54) zur Führung einer Greifnadel (36, 46) durchdrungen wird, wobei der Nadelführungsblock (51 ) weiterhin mindestens eine Ausnehmung (59) aufweist, in die die Heizeinrichtung (60) eingesetzt ist.

6. Nadelgreifer (10) nach Anspruch 4 oder 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

zwischen der Basis (20) einerseits und der Nadelführungseinrichtung (50) und/oder einem Nadelträger (34, 44), an dem ein proximales Nadelende (36b, 46b) mindestens einer Greifnadel (36a, 46a) befestigt ist,

eine wärmeisolierende Schicht (23, 33, 43) und/oder

ein zum Zwecke der Wärmeisolierung mit Anlagerippen versehener Anlagebereich (33a, , 43a, 51 a, 23a, 23b) und/oder

ein Abschirmblech (26) zur Abschirmung von Wärmestrahlung

vorgesehen ist.

7. Nadelgreifer (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Basis (10) eine Kühleinrichtung (70) zugeordnet ist.

8. Nadelgreifer (10) nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Kühleinrichtung (70) über Kühlkanäle (72) sowie einen Kühlmittelzulauf-Anschluss (74) und einen Kühlmittelablauf-Anschluss (76) verfügt.

9. Nadelgreifer (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Basis (20) ein Temperatursensor (28) zugeordnet ist.

10. Nadelgreifer (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Nadelgreifer (10) über eine Anlagefläche (51 b) zur Anlage am Werkstück verfügt, wobei diese Anlagefläche (51 b) vorzugsweise Teil der Nadelführungseinrichtung (50) ist und insbesondere vorzugsweise durch eine Oberfläche des Nadelführungsblocks (51 ) gebildet wird.

1 1 . Handhabungsvorrichtung zur Handhabung eines Verbundwerkstoff-Halbzeugs umfassend eine Faserstruktur sowie eine Matrix,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Handhabungsvorrichtung (100) umfasst:

mindestens einen Nadelgreifer (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche und eine Fördereinrichtung (88) zur Förderung von Spülflüssigkeit, die über eine Spülflüssigkeitsleitung (89) mit dem Zuführkanal (55, 56) für Spülflüssigkeit verbunden ist, oder

die Handhabungsvorrichtung umfasst:

mindestens einen Nadelgreifer (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10 und eine Fördereinrichtung (78) zur Förderung von Kühlflüssigkeit, die über eine Kühl- flüssigkeitsleitung (79) mit einem Kühlkanal (72) in der Basis (20) verbunden ist.

12. Verfahren zur Handhabung eines Verbundwerkstoff-Halbzeugs umfassend eine Faserstruktur sowie eine Matrix,

dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabung mittels mindestens eines Nadelgreifers (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 erfolgt.

13. Set aus:

einem Nadelgreifer (10) zur Handhabung von Werkstücken mittels Greifnadeln (36, 46), die zum Zweck der Ergreifens des Werkstück mit einem distalen Nadelende (36a, 46a) in dieses eindringen, mit

o einer Basis (20) und

o mindestens zwei Greifnadeln (36, 46), die gegenüber der Basis (20) zwischen einer Freigabeposition und einer Greifposition verfahrbar sind, wobei mindestens eine erste Greifnadel (36) in einer erste Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist und mindestens eine zweite Greifnadel (46) in einer von der erste Ausrichtung abweichenden zweiten Ausrichtung angeordnet und verlagerbar ist,

und

einer Reinigungseinrichtung (200) zur Reinigung der Greifnadeln (36, 46), wobei die Reinigungsvorrichtung (200) einen textilen oder vliesartigen Reinigungsabschnitt (210) aufweist, der zum teilweisen Eintauchen verschmutzter Greifnadeln vorgesehen ist, wobei die Reinigungsvorrichtung über einen Transport- oder Wechselmechanismus (202, 203, 204, 205, 206) verfügt, über den der Reinigungsabschnitt automatisch verfahrbar oder wechselbar ist.

14. Verfahren zur Reinigung eines Nadelgreifers (10) mit zum Ergreifen von Werkstücken gegenüber einer Basis (20) des Nadelgreifers verfahrbaren Greifnadeln (36, 46), dadurch gekennzeichnet, dass

a. der Nadelgreifer (10) an einen textilen oder vliesartigen Reinigungsabschnitt (210) anfährt und

b. die Greifnadeln (36, 46) gegenüber der Basis (20) verfahren werden, um hierdurch in den Reinigungsabschnitt einzudringen.

15. Verfahren nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet, dass

der Reinigungsabschnitt (210) zwischen aufeinander folgenden Reinigungsvorgängen vorzugsweise automatisiert gewechselt wird.