WO2018078141A1 - Verfahren und tapelegevorrichtung zum aufbau eines laminats im zuge der herstellung von vorformlingen - Google Patents

Verfahren und tapelegevorrichtung zum aufbau eines laminats im zuge der herstellung von vorformlingen Download PDF

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WO2018078141A1
WO2018078141A1 PCT/EP2017/077692 EP2017077692W WO2018078141A1 WO 2018078141 A1 WO2018078141 A1 WO 2018078141A1 EP 2017077692 W EP2017077692 W EP 2017077692W WO 2018078141 A1 WO2018078141 A1 WO 2018078141A1
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tape
laying
tapes
geometry
contour
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PCT/EP2017/077692
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Inventor
Matthias Graf
Original Assignee
Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545—Perforating, cutting or machining during or after moulding

Definitions

  • the invention relates to a process for the construction of a laminate of tapes in the course of the production of preforms according to the preamble of claim 1, as well as a tape laying device for the construction of a laminate of tapes in the course of the production of preforms according to claim 15.
  • Fiber composite components called, in particular industrial use of the RTM process, resin transfer molding process, common practice. The whole
  • Manufacturing process to a usable plastic component consists of several subsequent individual processes. In a first
  • Process step preforms / semi-finished fiber products are produced.
  • continuous fiber-reinforced components predominantly textile fiber semi-finished products such as fiber yarns and / or fabrics (so-called prepregs) wetted with a binder and / or partially or completely impregnated with a matrix, such as fiber fabrics, fiber knits, fiber Scrims or fiber 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.
  • additional elasticizing components such as elastomers, which in the strength, the maximum elongation, the operating temperature, the processing speed and the Distinguish chemical resistance.
  • elastomers which in the strength, the maximum elongation, the operating temperature, the processing speed and the Distinguish chemical resistance.
  • tape in the context of the present invention is preferably meant any type of sheet-shaped 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 Rovings, fiber scrims and / or fiber fabrics, which are wetted with a binder and / or impregnated with a matrix, for example a thermoset matrix or thermoplastic matrix, partially or completely impregnated, in particular preimpregnated.
  • a matrix for example a thermoset matrix or thermoplastic matrix
  • the “fibers” are in particular carbon fibers, but in the same way also glass fibers or other, in particular artificially produced, fibers are included.
  • 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.
  • tapes For the processing of tapes or implementation of a Tapelegevons automatic devices are nowadays often used, which are able to store tapes structured.
  • Tapelegevoriquesen for example from WO 2009/042225 A2 or WO 2013/016487 A1.
  • tapes are subtracted from a spool or roll, cut to length and placed on a laying table or already laid on it laid tape structure.
  • pre-assembled tape strips can also be fed to a laying system and stored accordingly.
  • the tapes are preferably superimposed in several layers of piles, wherein the fiber orientation may vary from layer to layer. For example, the fiber orientation may change from layer to layer by 45 ° or 90 °.
  • a tape strip is next to the other stored successively until the stacking is completed accordingly.
  • the process continues with the laying of the next stack.
  • a tape or a tape strip With or after the removal of a tape or a tape strip, it is connected pointwise to the underlying stacking layer via a number of ultrasonic welding heads.
  • the punctually interconnected tape structure which is thereby deposited in a complex manner, can now be received, for example, with a suction pad system and supplied to further process steps.
  • Another process step may be the consolidation of the tapes, in particular their full-surface connection with each other, and the production of a correspondingly shaped preform. With the consolidation of the tape structure is usually also the trimming of these connected to the desired near-net shape.
  • waste is also produced when using tape structures in preforms.
  • the waste is produced in particular by the tapes always being placed adjacently to one another or even overlapping, and the geometry of the tape beginning or of the front side and / or end side of the tape is not formed according to the geometry of the contour of the preform.
  • the cycle time is significantly reduced by this further cutting process.
  • cutting processes to adapt the end face of the tape to the contour of smaller tape pieces which are to be removed as a waste product from the system. This is especially difficult with smaller tape pieces. Therefore, it is usually necessary that the ejected tape pieces have a minimum size, so that these also from the tape laying device can be removed.
  • the removal of such tape pieces also requires time, which in turn has a negative impact on the cycle time.
  • a method for building a laminate of tapes in the course of the production of preforms with a tape laying device specified wherein the preform should have a predetermined contour
  • a tape tape material of the tape laying device is supplied and by means of a cutter to individual tapes is processed, wherein the tapes are stored by means of a laying device on a laying table to build the contour, and wherein the part of a tape, which after laying down the tap on the laying table beyond the contour, forms an overhang.
  • the method is characterized in that under the control of a control device, the tapes are deposited on the laying table in a storage location such that the overhang is minimized, preferably completely reduced.
  • high quality tape tape material which is preferably present on spools, all or at least to reduce a large part.
  • the method is characterized in that the geometry, in particular the geometry of the front side and / or end side of the tape or tape tape material is detected and the laying device, the tapes depending on the geometry, in particular the geometry of the front side and / or End side, so deposits on the laying table at a storage location that the overhang minimizes, preferably completely reduced, is.
  • the tape geometry in particular that of the end face of the tape or the tape beginning and / or the end side of the tape is detected, can now
  • Deposition position on the laying table results solely from the detection of the geometry of the tape or the tape tape material, in particular from the geometry of
  • Information about the geometry can now be obtained from the contour of the preform the best possible resource conservation by a small overhang. This may initially result in a distance between a laid tape and a previously laid tape. The free section between the laid tapes is then filled in subsequent process steps also tapes taking into account the contour with possible cutouts.
  • the geometry of a tape or of the tape tape material is understood in particular to mean the geometry of the end face and / end side as well as the width and / or length of the respective tape or tape material.
  • the geometry of the front side and / or end side is essentially determined by the shape and the angle of the cut edge to the longitudinal axis of the tape or the tape tape material.
  • the front side forms the front edge of the tape or the tape tape material. Under the storage location is the place on the Legetisch to understand on which the tape is stored.
  • Deposition position is essentially the orientation of the laying device and the laying table to each other, in which the tape can be stored at the storage location.
  • the laying device and / or the laying table are moved relative to each other before depositing the tape in a laying position, in particular translational and / or rotational. While the movement of the laying device and / or the laying table, the tape can also be transported within the laying device, so that in the shortest possible cycle time the tape can be stored at the predetermined storage location.
  • the laying table and / or the laying devices are preferably movable in all three spatial directions, both translational and rotational, so that they can always form the optimum depositing position relative to one another in order to deposit the tape at the predetermined depositing location.
  • the tape is stored at the predetermined storage location within the predetermined cycle time.
  • the cycle time is the time required to lay at least one tap.
  • the laying device and the laying table are moved to the laying position, but the tape is also deposited at the predetermined storage location and the tape laying device is returned to the state for receiving at least one further tape.
  • the cycle time should be less than 1 second, preferably less than 0.8 seconds, more preferably less than 0.5 seconds, which allows economical use both in small batches and in large batches.
  • the cutting of the tape from the tape tape material to a desired length by means of the cutting device takes place only after determination of the
  • Storage location can be determined from the width and the geometry of the front side of the tape tape material and then the tape on the
  • the tapes are laid on each other in several layers.
  • the preform often consists not only of a stacking layer, but usually of several, wherein the fiber orientation of the individual stacking layers form an angle to each other. Due to the number and orientation of the stacking layers, the properties of the laminate can be adapted to the desired requirements.
  • Geometry of the front side and / or end side of the tape and its width it may be useful in a partial completion of a stacking already begin the next stacking in an area of the laminate and thereby the overhang to to reduce.
  • the stored and superimposed tapes are connected to each other by means of staplers, preferably selectively.
  • staplers By connecting the individual tapes creates a cohesion, so that forms a tape composite on the Legetisch. Pinning can be done either immediately after a tap is deposited, or when a stacking is already completed.
  • Ultrasound sonotrodes may be arranged as stapling units, for example, but also other means which melt the tapes at least locally and then solidify again to form a compound can be used as staple units.
  • the method distinguishes that the geometry, in particular the
  • Geometry of the front side and / or end side of the tape or tape tape material is detected via a detection unit and a control device the
  • Laying device and / or the laying table are brought into the appropriate storage position to store the tape at the predetermined storage location.
  • Detecting unit may already be integrated in the cutting device, so that the geometry of the end side of the tape to be deposited as well as the geometry of the end face of the subsequent tape start are already detected in the system by separating the tapes from the tape tape material.
  • the geometry of the end side of the tape to be deposited as well as the geometry of the end face of the subsequent tape start are already detected in the system by separating the tapes from the tape tape material.
  • Detection unit such as a camera, also be arranged after the cutting device, which detects the geometry, in particular the geometry of the front side and / or end side of the tape or tape tape material.
  • a tape is used by the tape tape material whose geometry, in particular its geometry of the front side, when storing the tape on the
  • Laying table at the predetermined storage location has the lower overhang over the contour.
  • tape tape materials may be arranged to supply the tape laying device with tape material, wherein the tape tape materials may be identical, for example, arranged on different sides of the tape laying device, or even differently, for example, with different widths.
  • the tape tape materials may be identical, for example, arranged on different sides of the tape laying device, or even differently, for example, with different widths.
  • the geometry of the tape tape material, in particular its front and width now that tape tape material is used for the next tape to be deposited, which offers the least material loss.
  • the tapes are already cut supplied to the laying device. If certain standard tapes are present in a laminate, then it may be advantageous that they are introduced separately into the tape laying device and can be stored optimally.
  • two or more laying devices lay tapes in parallel on the laying table.
  • the laying devices should be coordinated with each other, preferably by a control device, so that no waiting times and a tape longer in the laying device remains as necessary.
  • the tape is rotated in the laying device about its own axis, preferably about its longitudinal axis or perpendicular thereto.
  • the possibility of optimal placement of the tape can be improved by the rotation of the tape, in particular in the case of non-straight front sides, in which the cutting edge on the front side does not run perpendicular to the longitudinal axis of the tape.
  • a rotation of the tape may be useful if, for example, this can be done faster than a rotation of the laying table.
  • the geometry of the front side and / or end side of the tape or the tape tape material can be cut easily or multiply by means of the cutting device and the end face and / or end side are formed in any shape.
  • the geometry of the end face and / or end side of the tape or the tape tape material is changed by further cutting processes by means of the cutting device only when the overhang over the contour exceeds a limit. Multiple cutting operations should be avoided, as they also have a negative effect on the cycle time again. Should, however, the overhang a certain limit, which is preferably indicated as a surface exceed and protrude too much material over the contour, so may
  • a tape laying device for constructing a laminate of tapes in the course of the production of preforms of tapes will indicate the preform should have a predetermined contour, which at least one
  • Cutting device for processing tape tape material to individual tapes, a laying table for receiving tapes to form a contour, and at least one laying means for depositing the tapes at a storage location on the laying table comprises.
  • the tape dispensing device according to the invention is characterized in that a control device is arranged, which with the cutting device, the
  • the laying device and / or the laying table is operatively connected, and the control device controls the aforementioned means and / or controls that when storing the tape at a storage location, the overhang over the contour is minimized.
  • the tape-laying device is characterized in that at least one detection unit in front of and / or in the laying device for detecting the
  • Geometry in particular the geometry of the front side and / or end side of the tape or the tape tape material is arranged.
  • a control device is arranged, which is operatively connected to the cutting device, the detection unit, the laying device and / or the laying table, and the control device
  • Control device the individual processes and movements of the aforementioned devices can be coordinated and optimized for optimal process flow.
  • a vacuum table for holding the first stack is arranged as a laying table and / or the laying device as a roll,
  • Conveyor belt and / or gripper formed.
  • the vacuum table ensures that the first stacking layer remains at the stored position and not from this can slip. This is usually already a slight negative pressure of a few 10 millibar be sufficient, which rests against the openings in the table surface of the Legeticians.
  • the laying device is designed as a roller, conveyor belt or gripper.
  • each laying device is arranged, each laying device each having a cutting device and a
  • the individual laying devices can largely act independently of each other and thus contribute to increasing the laying rate or to reducing the cycle time.
  • a higher-level control device is arranged, preferably for selecting the storage location, the
  • Control device is.
  • the cutting device is operatively connected to a collecting device for receiving tape waste.
  • the tape-laying device is particularly suitable for carrying out a method as mentioned above, but can also be operated independently.
  • a semi-finished preform 9 which should have a certain contour 1 after completion of all processes, which is shown in dashed lines.
  • the contour 1 is predefined and can essentially correspond to the contour of an end component.
  • the preform 9 can also be only one part or insert element of a more complex preform, so that the contour 1 is correspondingly matched to this part or insert element.
  • the contour 1 is matched to the expected load conditions of the end component, which is composed of one or more preforms.
  • the preform 9 is formed from strips of tapes 2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e,... Which are intended to simulate the contour 1 of the preform 9.
  • Longitudinal axis 10 which extends between the end face 4 and end side 5 within the tape 2, 2a, 2b, ... or of the tape tape material 7.
  • the geometry of a tape 2, 2a, 2b,... Is composed of the geometry of the front side 4 and / end side 5 as well as the width and / or length of the respective tape 2, 2a, 2b,.
  • Geometry of the front side 4 and / or end side 5 is determined essentially by the shape and the angle of the cutting edge to the longitudinal axis 10.
  • Preform 9 is usually formed from a plurality of stacking layers 6, wherein the number of stacking layers 6 in the preform 9 may also be different locally, depending on the expected load conditions.
  • the fiber orientation which preferably extends along the longitudinal axis 10 of the tape 2, 2a, 2b,... Or of the tape tape material 7, of the individual stacking layers 6 varies from layer to layer around an optimum component which absorbs corresponding loads can achieve.
  • the fiber orientation from one to another stacking layer 6 forms an angle 45 ° or 90 °.
  • a stacking 6 can only completely simulate a part of the contour 1 or the contour 1, depending on which loads at which points of the
  • a tape laying device 17 is shown schematically, by means of which preforms 9 of tapes 2, 2a, 2b, ... can be formed.
  • the tape-laying device 17 becomes a tape tape material! 7 supplied from a tape supply 14.
  • the tape supply 14 may be formed, for example, by one or more coils of tape tape material 7.
  • a drive device (not shown) is arranged,
  • the roller drive also referred to as lack drive form, which ensures the transport of the tape tape material 7.
  • the drive means is driven by one or more motors (not shown) under the control of a control device (not shown) so that the tape tape material 7 is fed to the tape laying device 17 at a desired speed and / or length.
  • the tape tape material 7 by means of a cutting device 13, which is designed for example as a cutting knife, cut to separate from the tape tape 7 individual tapes 2, 2a, 2b, ... each desired length and geometry.
  • the cutting device 13 or the cutting blade is angularly adjustable, so that not only cuts perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tape 2, 2 a, 2 b, ... or the tape tape material 7 can be performed, but by means of a corresponding adjustment of the cutter 13 to an angle of, for example, ⁇ 45 ° relative to the longitudinal axis 10 and tapes 2, 2 a, 2 b, ... can be cut from the tape tape material 7 with a specific geometry of the end face 4 and / or end side 5.
  • the geometry of the end face 4 and / or end side 5 and the length of the tape 2, 2a, 2b, ... can be adjusted.
  • the cutting device 13 may be formed by a shearing system, a punch or a laser. The more complex the geometry of the end face 4 and / or end side 5 of the tape 2, 2 a, 2 b,... Should be designed, the more time is required for the cutting process, since then, for example, several cutting processes are necessary.
  • the ready-made tape 2, 2a, 2b, ... is a laying device 1 1 supplied, which transfers the tape 2, 2a, 2b, ... in the direction of the laying table 12. Between the cutting device 13 and the laying device 1 1, one or more
  • Feeding means may be arranged, by means of which the tape 2, 2a, 2b, ... the laying device 1 1 is supplied. By means of the feed devices, it is also possible to build up a specific buffer on tapes 2, 2a, 2b,... So that the tape laying device 17 can be operated continuously even if
  • the laying device 1 1 comprises a transport means, which may be formed, for example, as a gripper system, wherein the gripper system grips a side or tip of the tape 2, 2 a, 2 b, or the tape 7 and the tape 2, 2 a, 2 b, ... or tape tape material 7 moves in a kind of drawing process in the direction of the laying table 12.
  • a transport means which may be formed, for example, as a gripper system, wherein the gripper system grips a side or tip of the tape 2, 2 a, 2 b, or the tape 7 and the tape 2, 2 a, 2 b, ... or tape tape material 7 moves in a kind of drawing process in the direction of the laying table 12.
  • a transport in the laying device 11 is also a conveyor belt, which cooperates with a vacuum device, a tray, a pick-and-place system or a roll into consideration, depending on the design of the means of transport, the transport can be done lying or hanging.
  • the tape laying device 17 comprises a laying table 12, on which the tapes 2, 2a, 2b,... Are laid down to form a tape structure or a laminate.
  • the tape structure should have a certain contour 1 on completion, which is shown in dashed lines on the laying table 12 in Fig. 2.
  • the laying table 12 can be both translationally moved in its plane and rotated.
  • the laying table 12 and / or the laying device 1 1 can be relative in the vertical direction be moved to each other, so that the laying device 1 1 each place at least one tape 2, 2a, 2b, ... on the laying table 12 at a certain storage location and can store.
  • a linear guide (not shown) may be provided, by means of which the laying device 1 1 can be lowered in the vertical direction on the laying table 12 to the tape 2, 2a, 2b, ... on the table surface of the laying table 12, or already previously deposited on the table surface of the Legeticians 12 trained stacking 6, and possibly short and easy
  • the laying table 12 is preferably designed as a vacuum table, so that at least one first stacking layer 6 is held thereon.
  • 12 openings are formed in the table surface of the Legeticians, to which a
  • Negative pressure is applied, which can be in the range of a few millibars up to 200 millibars. If further stacking layers 6 are applied to the first stacking layer 6, then these are, for example, by means of one or more stapling units, which are formed for example as ultrasonic sonotrodes, at least selectively on the stapling units, which are formed for example as ultrasonic sonotrodes, at least selectively on the stapling units, which are formed for example as ultrasonic sonotrodes, at least selectively on the
  • the tape supply 14, the cutting device 13, the laying device 1 1 and / or the laying table 12 are operatively connected via a control device 15, so that the processes and movements of the individual institutions are coordinated and coordinated with each other to ultimately optimal cycle time for filing Tapes 2, 2a, 2b, ... to allow as well as the tapes 2, 2a, 2b, ... to place at the optimal storage location.
  • a detection unit 16 may be arranged, which is also operatively connected to the control device 15 and the geometry, in particular the geometry of the end face 4 and / or the end side 5 of the tape 2, 2a, 2b, ... and / or the tape Banded material 7 recorded.
  • About the detection of the geometry by means of Detection unit 16 can be controlled by the control device 15, the storage of the tapes 2, 2a, 2b, ... by means of the laying device 1 1 on the laying table 12 such that the tape 2, 2a, 2b, ... is stored at a storage location , so that the overhang 3 is kept as low as possible over the contour 1 or an overhang 3 is avoided.
  • the detection unit 16 is preferably an optical sensor or a camera is formed, which detects the geometry of the tape 2, 2 a, 2 b, ... or the tape tape 7 partially or completely.
  • FIG. 3a) - 3h individual process steps for producing a laminate of tapes 2, 2a, 2b,... Or of a tape structure having a contour 1 are shown.
  • the tape tape material 7 has an end face 4, which has a certain geometry, here an oblique cut at an angle to the longitudinal axis 10. In addition to the angle of the oblique cut, the length of the cut and the width of the tape 2, 2a, 2b,... Or of the tape tape material 7 are also included in the geometry.
  • the geometry of the front side 4 of the tape tape material 7 may result from a previously performed cutting and laying process. To form 7 individual tapes 2, 2a, 2b, ... from the tape tape material is a
  • Cutting device 13 is arranged, by means of which the tapes 2, 2a, 2b, ... are cut to a certain length and possibly to a specific geometry of the end face 4 and / or end side 5.
  • Cutting device 13 also moves in the direction of the laying table 12.
  • the cutting of the tape 2, 2a, 2b, ... from the tape tape material 7 is preferably carried out only if, due to the geometry, in particular the geometry of the end face 4 of the storage location for a minimal overhang 3 is determined by the contour 1. This also allows the geometry of the end face 5 of the tape 2, 2a, 2b, ... can be adjusted according to the contour 1 at the storage location. In order to place the tape 2, 2a, 2b,...
  • the first tape 2a is already stored on the laying table 12 at a storage location, which allows the storage of the tape 2a with as small as possible, but in this case unavoidable overhang 3.
  • the geometry of the end face 5 of this tape 2a was cut off in a straight line or perpendicular to the longitudinal axis 10 of the tape 2a in accordance with the contour 1 of the preform 9 to be formed.
  • the geometry or shape of the end face 4 of the next tap to be deposited 2b is thus also initially formed according to the end face 5 of the tape 2a. Due to the known shape of the contour 1, the tape 2b can be stored at a certain storage location within the contour 1, whereby no overhang 3 is formed, but the tape 2b was processed optimally and without loss of high-quality tape tape material 7, as shown in FIG. 3c).
  • the rotation of the laying table 12 can preferably take place during the movement of the tape 2c over the laying table 12 by means of the laying device 11.
  • Both system components of the tape laying device 17, laying device 1 1 and laying table 12, are independently movable, so that depending on
  • the laying device 1 1 and / or the laying table 12 can move to an optimal storage position to achieve the lowest possible cycle time for laying the tape 2c.
  • the minimum overhang 3 in the storage of the tape 2c is accepted, since in the storage of the next tape 2d in the remaining gap 8 within the contour 1 no further overhang 3 is formed, but the tape 2d again with a cutting edge, which perpendicular extends to the longitudinal axis 10 of the tape, fitting the contour 1 can be created. It is therefore not mandatory
  • a stacking 6 for a preform 9 is not sufficient. Therefore, in further process steps, shown in FIGS. 3f) -h), further stacking layers 6 are formed on the stacking layer 6 already deposited on the laying table 12. For this purpose, the laying table 12 is moved again into a corresponding laying position (see Fig. 3f), in which the laying table 12 has been rotated by 90 °, so that a further tape 2e can be optimally placed on the laying table.
  • Another cutting process with the cutting device 13 could have changed the front side 4 of the tape 2e so that this tape 2e could have been placed optimally and without or with a minimized overhang 3.
  • at least one, preferably two further cutting processes would have been necessary for this, which would also have produced a tape cut to tape tape material 7. So that the removal of the tape-Verisme from the tape-laying device 17 is ensured, this tape blend should be both on his right and on the left
  • Embodiment all overhangs 3 are arranged in the same region, which ultimately facilitates the trimming to the contour 1 after completion of the tape structure and optimized.
  • the tape tape material 7 After placement of the tape 2e on the laying table 12, the tape tape material 7 again has a front side 4 with a straight, perpendicular to the longitudinal axis 10 formed cutting edge, which allows it according to Fig. 3g) the tapes 2f, 2g, 2h without overhang 3 on the Laying tables 12 within the contour 1.
  • Another tape 2i can be applied to the already deposited tape 2e.
  • the laying table 12 is rotated by 180 °, so that the straight cutting edge of the front side 4 can be directly applied to the contour 1 and the end side 5 of the tape 2i cut according to the contour 1 can be.
  • the existing in this region overhang 3 was already created when creating the first stacking 6, so that the tape 2i could be optimally stored without overhang on the laying table 12 within the contour 1.
  • each stacking layer 6 is made up completely of tapes 2, 2a, 2b,. Furthermore, individual cutouts in the respective or all stacking layers 6 are conceivable as well as locally limited regions in which greater reinforcement is necessary on account of the expected loads on the component.
  • Reference List P1537

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Treatment Of Fiber Materials (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau eines Laminats aus Tapes (2, 2a, 2b,...) im Zuge der Herstellung von Vorformlingen (5) mit einer Tapelegevorrichtung (17), wobei der Vorformling (9) eine vorgegebene Kontur (1) aufweisen soll, wobei ein Tape-Bandmaterial (7) der Tapelegevorrichtung (17) zugeführt und mittels einer Schneideinrichtung (13) zu einzelnen Tapes (2, 2a, 2b,...) verarbeitet wird, wobei die Tapes (2, 2a, 2b,...) mittels einer Legeeinrichtung (11) auf einem Legetisch (12) zum Aufbau der Kontur (1) abgelegt werden, und wobei der Teil des Tapes (2, 2a, 2b,...), welcher nach dem Ablegen des Tapes (2, 2a, 2b,...) auf dem Legetisch (12) über die Kontur (1) hinausgeht, einen Überhang (3) bildet. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass unter Steuerung einer Steuereinrichtung (15) die Tapes (2, 2a, 2b,...) derart auf dem Legetisch (12) an einem Ablageort abgelegt werden, dass der Überhang (3) minimiert, vorzugsweise vollständig reduziert, wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Tapelegevorrichtung (17) zum Aufbau eines Laminats des Tapes (2, 2a, 2b,...) im Zuge der Herstellung eines Vorformlings (9).

Description

Verfahren und Tapeleqevorrichtunq zum Aufbau eines Laminats im Zuge der
Herstellung von Vorformlinqen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau eines Laminats aus Tapes im Zuge der Herstellung von Vorformlingen nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 , sowie eine Tapelegevorrichtung zum Aufbau eines Laminats aus Tapes im Zuge der Herstellung von Vorformlingen nach Anspruch 15.
Im Zuge der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen, auch
Faserverbundbauteile genannt, ist insbesondere als industrielle Verwendung das RTM- Verfahren, Resin-Transfer-Moulding-Verfahren, gängige Praxis. Der gesamte
Herstellungsprozess bis zu einem verwendungsfähigen Kunststoffbauteil besteht aus mehreren nachfolgend ablaufenden Einzelprozessen. In einem ersten
Verfahrensschritt werden Vorformlinge/Faserhalbzeuge hergestellt. Die
automatisierbare Herstellung von Vorformlingen 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 benetzte und/oder mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägnierte Faser-Garne und/oder Flächengebilde (sog. Prepregs) wie Faser-Gewebe, Faser-Gestricke, Faser-Gelege oder Faser-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. 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. Oft sollen gezielt an einzelnen Stellen mit einer hohen Beanspruchung Verstärkungen eingebracht werden um die Steifigkeit des späteren Bauteils zu erhöhen. Hierfür eignen sich insbesondere endlosfaserverstärkte Bauteile, welche beispielsweise über Tapelegeverfahren hergestellt werden können, wobei insbesondere das Legen von thermoplastischen Tapes zu einem oft mehrschichtigen Laminat eine sehr attraktive Prozessvariante darstellt.
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, es sind aber in gleicher Weise auch Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern inbegriffen.
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 bzw. Durchführung eines Tapelegeverfahrens werden heutzutage vielfach auch automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind, Tapes strukturiert abzulegen. Bekannt sind solche Verfahren zum Legen von Tapes und insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen beispielsweise aus der WO 2009/042225 A2 oder WO 2013/016487 A1 . Bei der Verarbeitung von Tapes zu einer Tape-Struktur werden diese von einer Spule oder Rolle abgezogen, auf Länge geschnitten und auf einen Legetisch bzw. einer bereits drauf sich befindenden gelegten Tape-Struktur abgelegt. Alternativ können auch bereits vorkonfektionierte Tape-Streifen einem Legesystem zugeführt und entsprechend abgelegt werden. Die Tapes werden bevorzugt in mehreren Tapelagen übereinander gelegt werden, wobei die Faserorientierung von Lage zu Lage unterschiedlich sein kann. Beispielsweise kann sich die Faserorientierung von Lage zu Lage um 45° oder 90° verändern. Grundsätzlich wird hierbei ein Tape-Streifen neben dem Anderen nacheinander abgelegt bis die Tapelage entsprechend vollendet ist. Der Prozess wird mit dem Legen der nächsten Tapelage fortgesetzt. Mit oder nach dem Ablegen eines Tapes bzw. eines Tape-Streifens wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegenden Tapelage verbunden. Die hierdurch komplex abgelegte punktförmig miteinander verbundene Tape-Struktur kann nun beispielsweise mit einem Sauggreifersystem aufgenommen und weiteren Prozessschritten zugeführt werden. Ein weiterer Prozessschritt kann die Konsolidierung der Tapes, insbesondere deren vollflächige Verbindung miteinander, und die Erzeugung eines entsprechend geformten Vorformlings sein. Mit der Konsolidierung der Tape-Struktur ist meist auch das Trimmen dieser auf die gewünschte endkonturnahe Form verbunden.
Zwar Entstehen im Vergleich zur Verwendung von flächigen Fasergelegen bzw. Fasergeweben ein deutlich geringerer Verschnitt, jedoch fällt auch bei der Verwendung von Tape-Strukturen in Vorformlingen Verschnitt an.
Der Verschnitt entsteht insbesondere dadurch, dass die Tapes stets angrenzend aneinander oder sogar überlappend gelegt werden und die Geometrie des Tape- Anfangs bzw. der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes nicht entsprechend der Geometrie der Kontur des Vorformlings ausgebildet ist. Zwar wäre es generell möglich den Tape-Anfang durch einen weiteren Schneidvorgang, neben dem Abtrennen des Tapes von der Tape-Rolle, entsprechend oder annähernd der Kontur des Vorformlings zu schneiden, jedoch reduziert sich die Taktzeit durch diesen weiteren Schneidvorgang deutlich. Zudem entstehen bei Schneidprozessen zur Anpassung der Stirnseite des Tapes an die Kontur kleinere Tape-Stücke, welche als Abfallprodukt auch aus dem System entfernt werden sollen. Dies gestaltet sich gerade bei kleineren Tape-Stücken als schwierig. Daher ist es meist notwendig, dass die auszuschleusenden Tape-Stücke eine Mindestgröße aufweisen, so dass diese auch aus der Tapelegevorrichtung entfernt werden können. Zudem benötigt das Ausschleusen solcher Tape-Stücke ebenfalls Zeit, welches wiederum negativen Einfluss hat auf die Taktzeit.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Tapelegevorrichtung zum Aufbau eines Laminats aus Tapes im Zuge der Herstellung von Vorformlingen anzugeben, mittels welchen die vorstehenden Nachteile
überwunden und der Einsatz an Tape-Bandmaterial optimiert wird.
Es ist weiter eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Tapelegevorrichtung zum Aufbau eines Laminats im Zuge der Herstellung von
Vorformlingen aus Tapes anzugeben, mittels weichen der Verschnitt an Tape- Bandmaterial minimiert wird und gleichzeitig eine wirtschaftliche Taktzeit erzielt wird.
Als eine Lösung wird ein Verfahren zu zum Aufbau eines Laminats aus Tapes im Zuge der Herstellung von Vorformlingen mit einer Tapelegevorrichtung, angegeben, wobei der Vorformling eine vorgegebene Kontur aufweisen soll, wobei ein Tape-Bandmaterial der Tapelegevorrichtung zugeführt wird und mittels einer Schneideinrichtung zu einzelnen Tapes verarbeitet wird, wobei die Tapes mittels einer Legeeinrichtung auf einem Legetisch zum Aufbau der Kontur abgelegt werden, und wobei der Teil eines Tapes, welcher nach dem Ablegen des Tapes auf dem Legetisch über die Kontur hinausgeht, einen Überhang bildet. Das Verfahren zeichnet aus, dass unter Steuerung einer Steuereinrichtung die Tapes derart auf dem Legetisch an einem Ablageort abgelegt werden, dass der Überhang minimiert, vorzugsweise vollständig reduziert, wird.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es möglich gemacht, den Verschnitt an
hochwertigem Tape-Bandmaterial, welches bevorzugt auf Spulen vorliegt, ganz oder zumindest zu einem Großteil zu reduzieren.
Alternativ oder in Kombination zeichnet das Verfahren aus, dass die Geometrie, insbesondere die Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials erfasst wird und die Legeeinrichtung die Tapes in Abhängigkeit von der Geometrie, insbesondere der Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite, derart auf dem Legetisch an einem Ablageort ablegt, dass der Überhang minimiert, vorzugsweise vollständig reduziert, wird. Dadurch dass die Tape-Geometrie, insbesondere die der Stirnfläche des Tapes bzw. des Tape-Anfangs und/oder der Endseite des Tapes erfasst wird, kann nun
entsprechend dieser Geometrie der optimale Ablageort bzw. die optimale
Ablegeposition bestimmt und das Tape dort abgelegt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Einsatz an Tape-Bandmaterial insgesamt optimiert wird, da ein geringerer Verschnitt entsteht, und gleichzeitig die Taktzeit zum Ablegen des Tapes entsprechend niedrig gehalten werden kann, da keine weiteren Prozessschritte zur Bearbeitung des Tapes notwendig sind. Somit werden wirtschaftliche Taktzeiten erreicht und gleichzeitig kann der Materialverbrauch reduziert werden.
An welcher Stelle nun ein Tape abgelegt wird, hängt nicht davon ab, wo ein zuvor abgelegtes Tape abgelegt wurde. Der optimale Ablageort bzw. die optimale
Ablegeposition auf dem Legetisch ergibt sich allein aus der Erfassung der Geometrie des Tapes oder des Tape-Bandmaterials, insbesondere aus der Geometrie der
Stirnseite des Tapes oder Tape-Bandmaterials und dessen Breite. Aus den
Informationen über die Geometrie kann nun anhand der Kontur des Vorformlings die bestmöglichste Ressourcenschonung durch einen geringen Überhang erzielt werden. Dadurch kann sich zunächst ein Abstand zwischen einem gelegten Tape und einem zuvor gelegten Tape ergeben. Der freie Abschnitt zwischen den gelegten Tapes wird dann in nachfolgenden Prozessschritten ebenfalls von Tapes unter Berücksichtigung der Kontur mit möglichen Ausschnitten aufgefüllt.
Unter der Geometrie eines Tapes oder des Tape-Bandmaterials wird insbesondere die Geometrie der Stirnseite und/ Endseite sowie der Breite und/oder Länge des jeweiligen Tapes bzw. es Tape-Bandmaterials verstanden. Die Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite wird im Wesentlichen durch die Form und den Winkel der Schnittkante zur Längsachse des Tapes bzw. des Tape-Bandmaterials bestimmt. Die Stirnseite bildet die Vorderkante des Tapes bzw. des Tape-Bandmaterials. Unter dem Ablageort ist der Ort auf dem Legetisch zu verstehen, auf welchem das Tape abgelegt wird. Die
Ablegeposition hingegen ist im Wesentlichen die Orientierung der Legeeinrichtung und des Legetisches zueinander, in welcher das Tape am Ablageort abgelegt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Legeeinrichtung und/oder der Legetisch vor dem Ablegen des Tapes in eine Ablegeposition relativ zueinander bewegt werden, insbesondere translatorisch und/oder rotatorisch. Während der Bewegung der Legeeinrichtung und/oder des Legetisches kann das Tape auch innerhalb der Legeeinrichtung transportiert werden, so dass in möglichst geringer Taktzeit das Tape am vorgegebenen Ablageort abgelegt werden kann. Der Legetisch und/oder die Legeeinrichtungen sind bevorzugt in allen drei Raumrichtungen beweglich, sowohl translatorisch als auch rotatorisch, so dass diese stets die optimale Ablegeposition zueinander ausbilden können um das Tape am vorgegeben Ablageort abzulegen.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass das Tape an dem vorgegebenen Ablageort innerhalb der vorgegebenen Taktzeit abgelegt wird. Die Taktzeit ist die Zeit, welche zum Legen zumindest eines Tapes benötigt wird. Somit wird innerhalb der Taktzeit die Legeeinrichtung und der Legetisch in die Ablegeposition verbracht, sondern es wird das Tape an dem vorgegebenen Ablageort auch abgelegt und die Tapelegevorrichtung wieder in den Zustand zur Aufnahme zumindest eines weiteren Tapes gebracht.
Insbesondere sollte die Taktzeit geringer 1 Sekunde, bevorzugt geringer 0,8 Sekunden, besonders bevorzugt geringer 0,5 Sekunden betragen, wodurch eine wirtschaftliche Nutzung sowohl bei Kleinserien als bei Großserien ermöglicht wird.
Vorzugsweise erfolgt das Ablängen des Tapes vom Tape-Bandmaterial auf eine gewünschte Länge mittels der Schneideinrichtung erst nach Bestimmung des
Ablageortes. Der Ablageort kann aus der Breite und der Geometrie der Stirnseite des Tape-Bandmaterials bestimmt werden und daraufhin kann das Tape auf die
gewünschte Länge und die Endseite des Tapes entsprechend geschnitten werden.
Alternativ oder in Kombination werden die Tapes in mehreren Tapelagen aufeinander gelegt. Der Vorformling besteht oft nicht nur aus einer Tapelage, sondern meist aus mehreren, wobei die Faserorientierung der einzelnen Tapelagen einen Winkel zueinander einschließen. Durch die Anzahl und Orientierung der Tapelagen können die Eigenschaften des Laminats auf die gewünschten Erfordernisse angepasst werden.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Tape auf einer folgenden Tapelage platziert wird und die darunterliegende Tapelage noch nicht vollständig aufgebaut. Je nach
Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes sowie dessen Breite kann es bei einer bereichsweisen Fertigstellung einer Tapelage sinnvoll sein bereits die nächste Tapelage in einem Bereich des Laminats zu beginnen und hierdurch den Überhang zu reduzieren.
Insbesondere werden die abgelegten und übereinanderliegenden Tapes mittels Hefteinheiten miteinander verbunden, vorzugsweise punktuell. Durch das Verbinden der einzelnen Tapes entsteht ein Zusammenhalt, so dass auf dem Legetisch ein Tape- Verbund bildet. Das Anheften kann sowohl direkt nach dem Ablegen eines Tapes erfolgen, oder wenn eine Tapelage bereits fertiggestellt ist. Als Hefteinheiten können beispielsweise Ultraschall-Sonotroden angeordnet sein, aber auch weitere Mittel, welche die Tapes zumindest lokal anschmelzen und danach wieder erstarren lassen zur Ausbildung einer Verbindung, können als Hefteinheiten Verwendung finden.
Alternativ zeichnet das Verfahren aus, dass die Geometrie, insbesondere die
Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials über eine Erfassungseinheit erfasst wird und über eine Steuereinrichtung die
Legeeinrichtung und/oder der Legetisch in die entsprechende Ablegeposition gebracht werden, um das Tape an dem vorgegebenen Ablageort abzulegen. Die
Erfassungseinheit kann bereits in der Schneideinrichtung integriert sein, so dass im System durch das Abtrennen der Tapes von dem Tape-Bandmaterial bereits die Geometrie der Endseite des abzulegenden Tapes als auch die Geometrie der Stirnseite des darauffolgenden Tape-Anfang erfasst sind. Alternativ kann die
Erfassungseinheit, beispielsweise eine Kamera, auch nach der Schneideinrichtung angeordnet sein, welche die Geometrie, insbesondere die Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials erfasst.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei mehreren verfügbaren Tape- Bandmaterialien ein Tape von dem Tape-Bandmaterial verwendet, dessen Geometrie, insbesondere dessen Geometrie der Stirnseite, bei Ablage des Tapes auf dem
Legetisch an dem vorgegebenen Ablageort den geringeren Überhang über die Kontur aufweist.
Es können beispielsweise mehrere Tape-Bandmaterialien zur Versorgung der Tapelegevorrichtung mit Tape-Material angeordnet sein, wobei die Tape- Bandmaterialien identisch, beispielsweise angeordnet an unterschiedlichen Seiten der Tapelegevorrichtung, oder auch unterschiedlich, beispielsweise mit unterschiedlicher Breite, ausgebildet sein können. Je nach Geometrie des Tape-Bandmaterials, insbesondere dessen Stirnseite und Breite, wird nun dasjenige Tape-Bandmaterial für das nächste abzulegende Tape herangezogen, welches den geringsten Materialverlust bietet.
Alternativ oder in Kombination kann es vorgesehen sein, dass die Tapes bereits geschnitten der Legeeinrichtung zugeführt werden. Sind bestimmte Standard-Tapes in einem Laminat vorhanden, so kann es vorteilhaft sein, dass diese separat in die Tape- Legevorrichtung eingeschleust werden und optimiert abgelegt werden können.
Vorzugsweise legen zwei oder mehrere Legeeinrichtungen parallel Tapes auf dem Legetisch ab. Durch die Anzahl der Legeeinrichtungen wird die gesamte Taktzeit des Systems reduziert, so dass die Herstellung eines Laminats deutlich schneller erfolgen kann. Die Legeeinrichtungen sollten dabei aufeinander abgestimmt sein, vorzugsweise durch eine Steuervorrichtung, so dass keine Wartezeiten entstehen und ein Tape länger in der Legeeinrichtung verbleibt als notwendig.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Tape in der Legeeinrichtung um seine eigene Achse, bevorzugt um seine Längsachse oder senkrecht hierzu, gedreht. Durch die Drehung des Tapes kann sich je nach Ausgestaltungsform der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes die Möglichkeit zur optimalen Ablage des Tapes verbessern, insbesondere bei nicht-geraden Stirnseiten, bei welchen die Schnittkante an der Stirnseite nicht senkrecht zur Längsachse des Tapes verläuft. Auch kann eine Drehung des Tapes sinnvoll sein, wenn diese beispielsweise schneller ausgeführt werden kann als eine Drehung des Legetisches.
Insbesondere kann die Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials mittels der Schneideinrichtung einfach oder mehrfach beschnitten werden und die Stirnseite und/oder Endseite in einer beliebigen Form ausgebildet werden.
Alternativ oder in Kombination wird die Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials durch weitere Schneidprozesse mittels der Schneideinrichtung nur dann verändert, wenn der Überhang über die Kontur einen Grenzwert überschreitet. Mehrfach-Schneidvorgänge sollten vermieden werden, da diese sich auch wieder negativ auf die Taktzeit einwirken. Sollte jedoch der Überhang einen gewissen Grenzwert, welcher vorzugsweise als eine Fläche angegeben wird, überschreiten und zu viel Material über die Kontur hinausragen, so kann eine
Veränderung der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes durch weitere
Schnittvorgänge teures Tape-Bandmaterial einsparen.
Als eine weitere Lösung wird eine Tapelegevorrichtung zum Aufbau eines Laminats aus Tapes im Zuge der Herstellung von Vorformlingen aus Tapes angeben wobei der Vorformling eine vorgegebene Kontur aufweisen soll, welche zumindest eine
Schneideinrichtung zum Verarbeiten von Tape-Bandmaterial zu einzelnen Tapes, einen Legetisch zum zur Aufnahme von Tapes zur Bildung einer Kontur, und zumindest eine Legeeinrichtung zum Ablegen der Tapes an einem Ablageort auf dem Legetisch umfasst. Die erfindungsgemäße Tapelegevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Steuereinrichtung angeordnet ist, welche mit der Schneideinrichtung, der
Erfassungseinheit, der Legeeinrichtung und/oder dem Legetisch wirkverbunden ist, und die Steuereinrichtung die vorgenannten Einrichtungen derart steuert und/oder regelt, dass bei Ablage des Tapes an einem Ablageort der Überhang über die Kontur minimiert wird.
Alternativ oder in Kombination zeichnet die Tapelegevorrichtung aus, dass zumindest eine Erfassungseinheit vor und/oder in der Legeeinrichtung zur Erfassung der
Geometrie, insbesondere der Geometrie der Stirnseite und/oder Endseite des Tapes oder des Tape-Bandmaterials angeordnet ist.
Insbesondere ist in der Tapelegevorrichtung eine Steuereinrichtung angeordnet, welche mit der Schneideinrichtung, der Erfassungseinheit, der Legeeinrichtung und/oder dem Legetisch wirkverbunden ist, und die Steuereinrichtung die
vorgenannten Einrichtungen derart steuert und/oder regelt, dass bei Ablage des Tapes an einem Ablageort der Überhang über die Kontur minimiert wird. Mittels der
Steuereinrichtung können die einzelnen Prozesse und Bewegungen der vorgenannten Einrichtungen für einen optimalen Prozessablauf koordiniert und optimiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Vakuumtisch zum Halten der ersten Tapelage als Legetisch angeordnet und/oder die Legeeinrichtung als Rolle,
Transportband und/oder Greifer ausgebildet. Durch den Vakuumtisch wird erreicht, dass auch die erste Tapelage an der abgelegten Position verbleibt und nicht aus dieser verrutschen kann. Dazu ist meist bereits ein leichter Unterdruck von einigen 10 Millibar ausreichend sein, welcher an den Öffnungen in der Tischoberfläche des Legetisches anliegt. Vorzugsweise ist die Legeeinrichtung als Rolle, Transportband oder Greifer ausgebildet.
Alternativ oder in Kombination sind zwei oder mehrere Legeeinrichtungen angeordnet, wobei jeder Legeeinrichtung jeweils eine Schneideinrichtung und eine
Erfassungseinheit zugeordnet sind. Durch eine Erhöhung der Anzahl der
Legeeinrichtungen kommt es zu einer Steigerung der Legerate an Tapes auf dem Legetisch. Durch die Zuordnung sowohl einer Schneideinrichtung als auch einer Erfassungseinheit zu jeder Legeeinrichtung können die einzelnen Legeeinrichtungen zum Großteil unabhängig voneinander agieren und so zur Steigerung der Legerate bzw. zur Reduzierung der Zykluszeit beitragen.
Vorzugsweise ist bei zwei oder mehreren Legeeinrichtungen eine übergeordnete Steuervorrichtung angeordnet, bevorzugt zur Auswahl der Ablageorte, der
Schneidprozesse, der Tape-Geometrie und/oder der zeitlichen Abfolge der Auswahl der Ablageorte, wobei die Steuereinrichtung Bestandteil der übergeordneten
Steuervorrichtung ist.
Insbesondere ist die Schneideinrichtung mit einer Auffangvorrichtung zur Aufnahme von Tape-Verschnitt wirkverbunden.
Die Tapelegevorrichtung ist insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens wie vorgenannt geeignet, kann aber auch eigenständig betrieben werden.
Weitere vorteilhafte Maßnahmen und Ausgestaltungen des Gegenstandes der
Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung mit den Zeichnungen hervor.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Figuren im Detail beschrieben werden. Es zeigen
Fig. 1 einen teilfertigen Vorformling;
Fig. 2 einen schematisch den Aufbau einer Tapelegevorrichtung; und
Fig. 3a-h) schematisch die einzelne Prozessschritte zur erfindungsgemäßen
Herstellung eines Vorformlings
Mit Bezug auf die Fig. 1 werden zunächst die Begrifflichkeiten an einem teilfertigen Vorformling 9 näher erläutert. Die Figur 1 zeigt einen teilfertigen Vorformling 9, welcher nach Abschluss aller Prozesse eine bestimmte Kontur 1 aufweisen soll, welche gestrichelt dargestellt ist. Die Kontur 1 ist dabei vordefiniert und kann im Wesentlichen der Kontur eines Endbauteils entsprechen. Der Vorformling 9 kann aber auch nur ein Teil bzw. Einlage-Element einer komplexeren Vorform sein, so dass die Kontur 1 entsprechend auf dieses Teil bzw. Einlage-Element abgestimmt ist. Weiterhin ist die Kontur 1 auf die zu erwartenden Lastverhältnisse des Endbauteils, welches sich aus einem oder mehreren Vorformlingen zusammensetzt, abgestimmt. Der Vorformling 9 wird aus Streifen aus Tapes 2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e,... gebildet, welche die Kontur 1 des Vorformlings 9 nachbilden sollen. Die abzulegenden Tapes 2, 2a, 2b,... als auch das Tape-Bandmaterial 7, aus welchen durch Schneidprozesse Tapes 2, 2a, 2b,.. gebildet werden, weisen eine Stirnseite 4 sowie eine Endseite 5 auf und besitzen eine
Längsachse 10, welche sich zwischen der Stirnseite 4 und Endseite 5 innerhalb des Tapes 2, 2a, 2b,... bzw. des Tape-Bandmaterials 7 erstreckt. Die Geometrie eines Tapes 2, 2a, 2b,... setzt sich aus der Geometrie der Stirnseite 4 und/ Endseite 5 sowie der Breite und/oder Länge des jeweiligen Tapes 2, 2a, 2b,... zusammen. Die
Geometrie der Stirnseite 4 und/oder Endseite 5 wird im Wesentlichen durch die Form und den Winkel der Schnittkante zur Längsachse 10 bestimmt.
Bei komplexen Konturen 1 kann es der Fall sein, dass die Nachbildung der Kontur 1 durch die Tapes 2, 2a, 2b,... nicht immer passend möglich ist, so dass sich ein oder mehrere Überhänge 3 über die Kontur 1 bilden, welche vor einer weiteren Verarbeitung des hergestellten Vorformlings 9 meist entfernt werden, da diese einen negativen Einfluss auf das Endbauteil oder auf die Verarbeitung des Vorformlings 9 in weiteren Prozessschritten wie dem Konsolidieren oder Verpressen haben können. Der
Vorformling 9 wird meist aus mehreren Tapelagen 6 gebildet, wobei die Anzahl an Tapelagen 6 im Vorformling 9 lokal auch unterschiedlich sein kann, abhängig von den zu erwartenden Lastverhältnissen. Die Faser-Orientierung, welche sich vorzugsweise entlang der Längsachse 10 des Tapes 2, 2a, 2b,... bzw. des Tape-Bandmaterials 7 erstreckt, der einzelnen Tapelagen 6 variiert von Lage zu Lage um ein optimales Bauteil, welches entsprechende Lasten aufnehmen kann, zu erzielen. Beispielsweise bildet die Faser-Orientierung von einer zu einer weiteren Tapelage 6 einen Winkel 45° oder 90°. Eine Tapelage 6 kann nur einen Teil der Kontur 1 oder die Kontur 1 vollständig nachbilden, je nachdem welche Lasten an welchen Stellen des
herzustellenden Bauteils zu erwarten sind.
In Fig. 2 ist schematisch eine Tapelegevorrichtung 17 dargestellt, mittels welcher Vorformlinge 9 aus Tapes 2, 2a, 2b,... ausgebildet werden können. Wie in Fig. 2 gezeigt wird der Tapelegevorrichtung 17 ein Tape-Bandmateria! 7 aus einem Tape- Vorrat 14 zugeführt. Der Tape-Vorrat 14 kann beispielsweise durch ein oder mehrere Spulen an Tape-Bandmaterial 7 gebildet sein. Zum Zweck der Zuführung des Tape- Bandmaterials 7 ist eine Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet,
beispielsweise in Form von einem Paar Antriebswalzen, die einen Walzenantrieb, auch als Mangelantrieb bezeichnet, bilden, der für den Transport des Tape-Bandmaterials 7 sorgt. Die Antriebseinrichtung wird von einem oder von mehreren Motoren (nicht dargestellt) unter Steuerung einer Steuervorrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so dass das Tape-Bandmaterial 7 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und/oder einer gewünschten Länge der Tapelegevorrichtung 17 zugeführt wird.
Im weiteren Verlauf wird das Tape-Bandmaterial 7 mittels einer Schneideinrichtung 13, die beispielsweise als ein Schneidmesser ausgeführt ist, geschnitten, um von dem Tape-Bandmaterial 7 einzelne Tapes 2, 2a, 2b,... einer jeweils gewünschten Länge und Geometrie abzutrennen. Die Schneideinrichtung 13 bzw. das Schneidmesser ist winkelig verstellbar, so dass nicht nur Schnitte senkrecht zur Längsachse 10 des Tapes 2, 2a, 2b,... oder des Tape-Bandmaterials 7 ausgeführt werden können, sondern mittels einer entsprechenden Verstellung der Schneideinrichtung 13 um einen Winkel von beispielsweise ± 45° relativ zur Längsachse 10 auch Tapes 2, 2a, 2b,... aus dem Tape-Bandmaterial 7 mit einer bestimmten Geometrie der Stirnseite 4 und/oder Endseite 5 geschnitten werden können. Durch die Schneideinrichtung 13 kann die Geometrie der Stirnseite 4 und/oder Endseite 5 als auch die Länge des Tapes 2, 2a, 2b,... eingestellt werden. Alternativ kann die Schneideinrichtung 13 gebildet sein durch ein Scherensystem, eine Stanze oder auch einen Laser. Je komplexer die Geometrie der Stirnseite 4 und/oder Endseite 5 des Tapes 2, 2a, 2b,... ausgebildet sein soll, desto mehr Zeit wird auch für den Schneidprozess benötigt, da dann beispielsweise mehrere Schneidprozesse notwendig sind.
Das konfektionierte Tape 2, 2a, 2b,... wird einer Legeeinrichtung 1 1 zugeführt, welche das Tape 2, 2a, 2b,... in Richtung des Legetisches 12 überführt. Zwischen der Schneideinrichtung 13 und der Legeeinrichtung 1 1 können ein oder mehrere
Zuführungseinrichtungen (nicht dargestellt) angeordnet sein, mittels welchen das Tape 2, 2a, 2b,... der Legeeinrichtung 1 1 zugeführt wird. Über die Zuführungseinrichtungen kann auch ein bestimmter Puffer an Tapes 2, 2a, 2b,... aufgebaut werden, so dass die Tapelegevorrichtung 17 kontinuierlich betrieben werden kann, auch wenn
beispielsweise ein Wechsel des Tape-Bandmaterials 7 notwendig ist.
Die Legeeinrichtung 1 1 umfasst ein Transportmittel, welches beispielsweise als ein Greifersystem ausgebildet sein, wobei das Greifersystem eine Seite oder Spitze des Tapes 2, 2a, 2b,... oder des Tape-Bandmaterials 7 ergreift und das Tape 2, 2a, 2b,... bzw. Tape-Bandmaterial 7 in einer Art Ziehvorgang in Richtung des Legetisches 12 bewegt. Als alternative Transportmittel in der Legeeinrichtung 11 kommen auch ein Transportband, welches mit einer Vakuumeinrichtung zusammenwirkt, ein Tablett, ein Pick-and-Place System oder eine Rolle in Betracht, wobei je nach Ausgestaltung des Transportmittels der Transport liegend oder hängend erfolgen kann. Insbesondere die Ausgestaltung des Transportmittels als Transportband in Verbindung mit einem Vakuumsystem erlaubt es die Tapes 2, 2a, 2b,... an dem gewünschten Ablageort zu transportieren ohne diese dabei mechanisch, beispielsweise durch einen Greifer, berühren zu müssen.
Weiter umfasst die Tapelegevorrichtung 17 einen Legetisch 12, auf welchem die Tapes 2, 2a, 2b,... unter Ausbildung einer Tape-Struktur bzw. eines Laminats abgelegt werden. Die Tape-Struktur soll eine bestimmte Kontur 1 bei Fertigstellung aufweisen, welche gestrichelt auf dem Legetisch 12 in Fig. 2 dargestellt ist. Der Legetisch 12 kann in seiner Ebene sowohl translatorisch bewegt als auch gedreht werden.
Der Legetisch 12 und/oder die Legeeinrichtung 1 1 können in vertikaler Richtung relativ zueinander bewegt werden, so dass die Legeeinrichtung 1 1 jeweils zumindest ein Tape 2, 2a, 2b,... auf dem Legetisch 12 an einem bestimmten Ablageort platzieren und ablegen kann. Beispielsweise kann eine Linearführung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels der die Legeeinrichtung 1 1 in vertikaler Richtung auf den Legetisch 12 abgesenkt werden kann, um das Tape 2, 2a, 2b,... auf der Tischoberfläche des Legetisches 12, oder einer bereits zuvor auf der Tischoberfläche des Legetisches 12 ausgebildeten Tapelage 6 abzulegen, und gegebenenfalls kurz und leicht
anzudrücken. Nach dem Ablegen des Tapes 2, 2a, 2b,... wird die Legeeinrichtung 1 1 wieder angehoben, um ein nächstes Tape 2, 2a, 2b,... aufzunehmen. Es sei hierbei bemerkt, dass im Sinne dieses Dokuments sowohl das Platzieren und Ablegen eines oder mehrerer Tapes 2, 2a, 2b.... auf der Tischoberfläche des Legetisches 12, als auch das Ablegen eines oder mehrerer Tapes 2, 2a, 2b.... auf einer bereits zuvor auf dem Legetisch 12 abgelegten Tape-Struktur, insbesondere auf einer zuvor
ausgebildeten Tapelage 6, als ein Platzieren und Ablegen des Tapes 2, 2a, 2b,... auf dem Legetisch 12 verstanden werden soll.
Weiter ist der Legetisch 12 vorzugsweise als Vakuumtisch ausgebildet, so dass zumindest eine erste Tapelage 6 auf diesem festgehalten wird. Hierzu sind in der Tischoberfläche des Legetisches 12 Öffnungen ausgebildet, an welchen ein
Unterdruck anliegt, der im Bereich von wenigen Millibar bis zu 200 Millibar liegen kann. Werden weitere Tapelagen 6 auf die erste Tapelage 6 aufgebracht, so werden diese beispielsweise mittels einer oder mehrerer Hefteinheiten, welche beispielsweise als Ultraschall-Sonotroden ausgebildet sind, zumindest punktuell auf der
darunterliegenden Tapelage 6 angeheftet.
Der Tape-Vorrat 14, die Schneideinrichtung 13, die Legeeinrichtung 1 1 und/oder der Legetisch 12 sind über eine Steuereinrichtung 15 wirkverbunden, so dass die Abläufe und Bewegungen der einzelnen Einrichtungen koordiniert und aufeinander abgestimmt werden, um letztendlich eine optimale Zykluszeit zur Ablage von Tapes 2, 2a, 2b,... zu ermöglichen als auch die Tapes 2, 2a, 2b,... an dem optimalen Ablageort zu platzieren.
In einer Variante kann eine Erfassungseinheit 16 angeordnet sein, welche ebenfalls mit der Steuereinrichtung 15 wirkverbunden ist und die Geometrie, insbesondere die Geometrie der Stirnseite 4 und/oder der Endseite 5 des Tapes 2, 2a, 2b,... und/oder des Tape-Bandmaterials 7 erfasst. Über die Erfassung der Geometrie mittels der Erfassungseinheit 16 kann über die Steuereinrichtung 15 die Ablage der Tapes 2, 2a, 2b,... mittels der Legeeinrichtung 1 1 auf dem Legetisch 12 derart gesteuert werden, dass das Tape 2, 2a, 2b,... an einem Ablageort abgelegt wird, so dass der Überhang 3 über die Kontur 1 möglichst gering gehalten wird oder ein Überhang 3 vermieden wird. Die Erfassungseinheit 16 ist vorzugsweise ein optischer Sensor oder eine Kamera ausgebildet, welche die Geometrie des Tapes 2, 2a, 2b,... oder des Tape- Bandmaterials 7 teilweise oder vollständig erfasst.
In Figur 3a) - 3h) sind einzelne Prozessschritte zur Herstellung eines Laminats aus Tapes 2, 2a, 2b,... bzw. einer Tape-Struktur mit einer Kontur 1 dargestellt. In der hier dargestellten Ausführung wird zunächst ein Tape-Bandmaterial 7 der
Tapelegevorrichtung 17 zugeführt. Das Tape-Bandmaterial 7 besitzt eine Stirnseite 4, welche eine bestimmte Geometrie, hier eines schrägen Schnittes in einem Winkel zur Längsachse 10, aufweist. In die Geometrie fliest neben dem Winkel des schrägen Schnittes auch die Länge des Schnittes und die Breite des Tapes 2, 2a, 2b,... bzw. des Tape-Bandmaterials 7 mit ein. Die Geometrie der Stirnseite 4 des Tape-Bandmaterials 7 kann von einem zuvor durchgeführten Schneid- und Legeprozess resultieren. Um aus dem Tape-Bandmaterial 7 einzelne Tapes 2, 2a, 2b,... zu formen, ist eine
Schneideinrichtung 13 angeordnet, mittels welcher die Tapes 2, 2a, 2b,... auf eine bestimmte Länge und ggf. auf eine bestimmte Geometrie der Stirnseite 4 und/oder Endseite 5 geschnitten werden. Das vom Tape-Bandmaterial 7 abgetrennte Tape 2, 2a, 2b,... wird mittels einer Legeeinrichtung 1 1 (nicht dargestellt) über die
Schneideinrichtung 13 hinaus in Richtung des Legetisches 12 bewegt.
Auf Grund der Geometrie der Stirnseite 4 und der Breite des Tapes 2, 2a, 2b,... bzw. des Tape-Bandmaterials 7 sowie der Kontur 1 des zu erhaltenden Vorformlings 9 ergibt sich ein bestimmter Ablageort für das Tape 2, 2a, 2b,... auf dem Legetisch 12. Das Ablängen des Tapes 2, 2a, 2b,... vom Tape-Bandmaterial 7 erfolgt vorzugsweise erst dann, wenn auf Grund der Geometrie, insbesondere der Geometrie der Stirnseite 4 der Ablageort für einen minimalen Überhang 3 über die Kontur 1 bestimmt ist. Dies erlaubt auch, dass die Geometrie der Endseite 5 des Tapes 2, 2a, 2b,... entsprechend auf die Kontur 1 am Ablageort angepasst werden kann. Um das Tape 2, 2a, 2b,... an dem bestimmten Ablageort zu platzieren, ist es erforderlich, dass die Legeeinrichtung 1 1 und der Legetisch 12 in eine bestimmte Ablegeposition zueinander bewegt werden. In Figur 3b) ist das erste Tape 2a bereits auf dem Legetisch 12 an einem Ablageort abgelegt, welcher die Ablage des Tapes 2a mit einem möglichst geringen, in diesem Fall jedoch nicht vermeidbaren Überhang 3 erlaubt. Die Geometrie der Endseite 5 dieses Tapes 2a wurde entsprechend der Kontur 1 des zu bildenden Vorformlings 9 gerade bzw. senkrecht zur Längsachse 10 des Tapes 2a abgeschnitten. Die Geometrie bzw. Form der Stirnseite 4 des nächsten abzulegenden Tapes 2b ist somit ebenfalls zunächst entsprechend der Endseite 5 des Tapes 2a ausgebildet. Durch die bekannte Form der Kontur 1 kann das Tape 2b an einem bestimmten Ablageort innerhalb der Kontur 1 abgelegt werden, wodurch kein Überhang 3 gebildet wird, sondern das Tape 2b optimal und ohne Verlust an hochwertigem Tape-Bandmaterial 7 verarbeitet wurde, wie in Fig. 3c) dargestellt.
Zur Ablage eines weiteren Tapes 2c wird nun wiederum, insbesondere anhand der Geometrie der Stirnseite des Tape-Bandmaterials 7 und dessen Breite, geprüft in wie weit ein weiteres Tape 2c aus dem Tape-Bandmaterial 7 mit diesen geometrischen Daten mit minimiertem Überhang 3 abgelegt werden kann. Die Stirnseite 4 des Tape- Bandmaterials 7 wurde beim Abtrennen des Tapes 2b senkrecht zur Längsachse 10 geschnitten und weist eine gerade Schnittkante auf. Um das nächste Tape 2c optimal ablegen zu können wird auf Grund der Geometrie der Stirnseite 4 des Tape- Bandmaterials 7 der Legetisch um 180° gedreht (vgl. Figur 3d), so dass das Tape 2c wieder an eine gerade Kante der Kontur 1 ohne weiteren Schneidprozess angelegt werden kann. Die Rotation des Legetisches 12 kann vorzugsweise während der Bewegung des Tapes 2c über den Legetisch 12 mittels der Legeeinrichtung 1 1 erfolgen. Beide Anlagenkomponenten der Tapelegevorrichtung 17, Legeeinrichtung 1 1 und Legetisch 12, sind voneinander unabhängig bewegbar, so dass je nach
Ausgangslage die Legeeinrichtung 1 1 und/oder der Legetisch 12 sich in eine optimale Ablegeposition bewegen können um eine möglichst geringe Taktzeit zum Legen des Tapes 2c zu erzielen. Der minimale Überhang 3 bei der Ablage des Tapes 2c wird in Kauf genommen, da bei der Ablage des nächsten Tapes 2d in die verbleibende Lücke 8 innerhalb der Kontur 1 kein weiterer Überhang 3 gebildet wird, sondern das Tape 2d wieder mit einer Schnittkante, welche senkrecht zur Längsachse 10 des Tapes verläuft, passend an die Kontur 1 angelegt werden kann. Es ist daher nicht zwingend
notwendig, dass die Endseite 5 eines Tapes 2, 2a, 2b,... stets an die Kontur 1 exakt angepasst wird. Auch Überhänge an der Endseite 5 der Tapes 2, 2a, 2b,... können in Kauf genommen werden, sofern sich für die Ablage des nächsten Tapes 2, 2a, 2b,... eine verbesserte Ablagemöglichkeit mit geringem Überhang 3 ergibt, wie es hier für die Tapes 2c und 2d der Fall ist.
Durch das Schließen der Lücke 8 in der Kontur 1 mit dem Tape 2d ist eine erste Tapelage 6, wie in Fig. 3e) dargestellt, auf dem Legetisch 12 fertiggestellt. Durch die richtige Auswahl der Ablegeposition der einzelnen Tapes 2a, 2b, 2c, 2d wurde nur zweimal bei der Ablage der Tapes 2a, 2b, 2c, 2d die Kontur 1 überschritten und ein minimaler Überhang 3 gebildet. Es wäre an dieser Stelle nun denkbar dass die Tapelage 6 zunächst konsolidiert wird, damit sich die einzelnen Tapes 2a, 2b, 2c, 2d zu einer Schicht verbinden können. Alternativ kann das Konsolidieren auch nach der Ablage einer oder mehrerer weiterer Tapelagen 6 oder nach Vollendung der Tape- Struktur für den gesamten Vorformling 9 erfolgen.
Zur Aufnahme von entsprechenden Lasten des Endbauteils aus einem Vorformling 9 ist meist eine Tapelage 6 für einen Vorformling 9 nicht ausreichend. Daher werden in weiteren Prozessschritten, dargestellt in den Fig. 3f) - h) weitere Tapelagen 6 auf der bereits auf dem Legetische 12 abgelegten Tapelage 6 ausgebildet. Hierzu wird wieder der Legetisch 12 in eine entsprechende Ablegeposition verfahren (vgl. Fig. 3f), in welcher der Legetisch 12 um 90° gedreht wurde, so dass ein weiteres Tape 2e optimal auf dem Legetisch platziert werden kann. Neben einer Bewegung des Legetisches 12 wurde auch das Tape 2e um seine eigene Längsachse 10 um 180° gedreht, so dass bei Ablage des Tapes 2e die Schräge zur Längsachse 10 der Stirnseite 4 nicht mehr von links oben nach rechts unten, sondern von links unten nach rechts oben verläuft. Der besseren Übersicht wurde auf eine schraffierte Darstellung der bereits abgelegten Tapelage 6 in den Fig. 3f) - h) verzichtet.
Ein weiterer Schneidprozess mit der Schneideinrichtung 13 hätte die Stirnseite 4 des Tapes 2e auch so verändern können, dass dieses Tape 2e optimal und ohne oder mit minimiertem Überhang 3 hätte platziert werden können. Jedoch wären hierfür mindestens ein, vorzugsweise zwei weitere Schneidprozesse notwendig gewesen, welche auch einen Tape-Verschnitt an Tape-Bandmaterial 7 erzeugt hätte. Damit das Ausschleusen des Tape-Verschnitts aus der Tapelegevorrichtung 17 gewährleistet ist, sollte dieser Tape-Verschnitt sowohl an seiner rechten als auch an der linken
Seitenkante eine Länge von mindestens 30 mm aufweisen. Neben dem erzeugten Mindest-Verschnitt durch eine minimale Länge der Seitenkante ist auch der Zeitverlust zum Ausschleusen des Tape-Verschnitts zu beachten. Daher ist es meist effizienter einen gewissen Überhang 3 in Kauf zu nehmen, zumal in dem hier gewählten
Ausführungsbeispiel alle Überhänge 3 in der gleichen Region angeordnet sind, was letztendlich das Trimmen auf die Kontur 1 nach Fertigstellung der Tape-Struktur erleichtert und optimiert.
Nach Ablage des Tapes 2e auf dem Legetisch 12 besitzt das Tape-Bandmaterial 7 wieder eine Stirnseite 4 mit einer geraden, senkrecht zur Längsachse 10 ausgebildeten Schnittkante, welche es gemäß Fig. 3g) erlaubt die Tapes 2f, 2g, 2h ohne Überhang 3 auf dem Legetische 12 innerhalb der Kontur 1 abzulegen.
Ein weiteres Tape 2i kann an das bereits abgelegte Tape 2e angelegt werden. Um die Geometrie der Stirnseite 4 des Tapes 2i wieder optimal zu nutzen wird der Legetisch 12 um 180° gedreht, so dass die gerade Schnittkante der Stirnseite 4 an die Kontur 1 direkt angelegt werden kann und die Endseite 5 des Tapes 2i entsprechend der Kontur 1 geschnitten werden kann. Der in dieser Region vorhandenen Überhang 3 war bereits bei der Erstellung der ersten Tapelage 6 entstanden, so dass auch das Tape 2i optimal und ohne Überhang auf dem Legetisch 12 innerhalb der Kontur 1 abgelegt werden konnte.
Zur Vollendung dieser zweiten Tapelage 6 ist es notwendig die Lücke 8 zu schließen. Da das bislang verwendete Tape-Bandmaterial 7 für diese Lücke 8 zu breit ist, kann auf ein weiteres Tape-Bandmaterial 7' (nicht dargestellt) zugegriffen werden, welches vorzugsweise eine schmalere Breite besitzt um die Lücke 8 entsprechend aufzufüllen.
Die in den Figuren 3a) - h) dargestellten Abläufe können für weitere Tapelagen 6 wiederholt werden, bis der Aufbau der Tape-Struktur bzw. des Laminats vollendet ist. Dabei ist es nicht zwingend notwendig, dass jede Tapelage 6 vollständig aus Tapes 2, 2a, 2b,... aufgebaut ist. Ferner sind einzelne Ausschnitte in den jeweiligen oder allen Tapelagen 6 denkbar wie auch lokal begrenzte Bereiche, in welchen auf Grund der zu erwartenden Lasten auf das Bauteil eine größere Verstärkung notwendig ist. Bezugszeichenliste P1537
1 Kontur
, 2a, 2b, .. Tape
3 Überhang
Stirnseite
Endseite
Tapelage
, 7' ... Tape-Bandmaterial
Lücke
Vorformling 0 Längsachse 1 Legeeinrichtung 2 Legetisch
3 Schneideinrichtung 4 Tape-Vorrat 5 Steuereinrichtung 6 Erfassungseinheit 7 Tapelegevorrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Aufbau eines Laminats aus Tapes (2, 2a, 2b,...) im Zuge der Herstellung von Vorformlingen (5) mit einer Tapelegevorrichtung (17),
wobei der Vorformling (9) eine vorgegebene Kontur (1 ) aufweisen soll, wobei ein Tape-Bandmaterial (7) der Tapelegevorrichtung (17) zugeführt und mittels einer Schneideinrichtung (13) zu einzelnen Tapes (2, 2a, 2b,...) verarbeitet wird, wobei die Tapes (2, 2a, 2b,...) mittels einer Legeeinrichtung (11 ) auf einem Legetisch (12) zum Aufbau der Kontur (1 ) abgelegt werden, und wobei der Teil des Tapes (2, 2a, 2b,...), welcher nach dem Ablegen des Tapes (2, 2a, 2b,...) auf dem Legetisch (12) über die Kontur (1 ) hinausgeht, einen
Überhang (3) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass unter Steuerung einer Steuereinrichtung (15) die Tapes (2, 2a, 2b,...) derart auf dem Legetisch (12) an einem Ablageort abgelegt werden, dass der Überhang (3) minimiert,
vorzugsweise vollständig reduziert, wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie, insbesondere die Geometrie der Stirnseite (4) und/oder Endseite (5) des Tapes (2, 2a, 2b,...) oder des Tape-Bandmaterials (7, 7') erfasst wird und die
Legeeinrichtung (11 ) die Tapes (2, 2a, 2b,...) in Abhängigkeit von der Geometrie, insbesondere der Geometrie der Stirnseite (4) und/oder Endseite (5), derart auf dem Legetisch (12) an einem Ablageort ablegt, dass der Überhang (3) minimiert, vorzugsweise vollständig reduziert, wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Legeeinrichtung (11 ) und/oder der Legetisch (12) zum Ablegen des Tapes (2, 2a, 2b,...)an einem Ablageort in eine Ablegeposition relativ zueinander bewegt werden, insbesondere translatorisch und/oder rotatorisch.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Tapes (2, 2a, 2b,...) an dem vorgegebenen Ablageort innerhalb einer Taktzeit, welche vorzugsweise geringer 1 Sekunde beträgt, abgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablängen des Tapes (2, 2a, 2b,...) vom Tape-Bandmaterial (7, 7') auf eine gewünschte Länge mittels der Schneideinrichtung (13) erst nach
Bestimmung des Ablageortes erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tapes (2, 2a, 2b,...) in mehreren Tapelagen (6) aufeinander gelegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tape (2, 2a, 2b,...) auf einer folgenden Tapelage (6) platziert wird und die darunterliegende Tapelage (6) noch nicht vollständig aufgebaut ist.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die abgelegten und übereinanderliegenden Tapes (2, 2a, 2b,...) mittels zumindest einer Hefteinheit miteinander verbunden werden, vorzugsweise punktuell.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie, insbesondere die Geometrie der Stirnseite (4) und/oder Endseite (5) des Tapes (2, 2a, 2b,...) oder des Tape-Bandmaterials (7, 7') über eine Erfassungseinheit (16) erfasst wird und über eine Steuereinrichtung (15) die Legeeinrichtung (11 ) und/oder der Legetisch (12) in die entsprechende
Ablegeposition gebracht werden, um das Tape (2, 2a, 2b,...) an dem
vorgegebenen Ablageort abzulegen.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren verfügbaren Tape-Bandmaterialien (7, 7') ein Tape (2, 2a, 2b,...) von dem Tape-Bandmaterial (7, 7') verwendet wird, dessen Geometrie, insbesondere dessen Geometrie der Stirnseite (4), bei Ablage des Tapes (2, 2a, 2b,...) auf dem Legetisch (12) den geringeren Überhang (3) über die Kontur (1 ) aufweist.
1 1 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Legeeinrichtungen (11 ) parallel Tapes (2, 2a, 2b,...) auf dem Legetisch (12) ablegen.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tape (2, 2a, 2b,...) in der Legeeinrichtung (11 ) um seine eigene Achse, vorzugsweise die Längsachse (10) oder senkrecht hierzu, gedreht wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite (4) und/oder die Endseite (5) des Tapes (2, 2a, 2b,...) oder des Tape-Bandmaterials (7, 7') mittels der Schneideinrichtung (13) einfach oder mehrfach beschnitten wird und die Stirnseite (4) und/oder Endseite (5) in einer beliebigen Form ausgebildet werden kann.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Stirnseite (4) und/oder Endseite (5) des Tapes (2, 2a, 2b,...) oder des Tape-Bandmaterials (7, 7') durch weitere Schneidprozesse mittels der Schneideinrichtung (13) nur dann verändert wird, wenn der Überhang (3) einen Grenzwert überschreitet.
15. Tapelegevorrichtung (17) zum Aufbau eines Laminats des Tapes (2, 2a, 2b,...) im Zuge der Herstellung eines Vorformlings (9), wobei der Vorformling (9) eine vorgegebene Kontur (1 ) aufweisen soll, umfassend
zumindest eine Schneideinrichtung (13) zum Verarbeiten von Tape-Bandmaterial (7, 7') zu einzelnen Tapes (2, 2a, 2b,...); einen Legetisch (12) zum zurAufnahme von Tapes (2, 2a, 2b,...) zur Bildung einer Kontur (1 ); und zumindest eine Legeeinrichtung (11 ) zum Ablegen der Tapes (2, 2a, 2b,...) an einem Ablageort auf dem Legetisch (12), dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (15) angeordnet ist, welche mit der Schneideinrichtung (13), der
Erfassungseinheit (16), der Legeeinrichtung (11 ) und/oder dem Legetisch (12) wirkverbunden ist, und die Steuereinrichtung (15) die vorgenannten
Einrichtungen derart steuert und/oder regelt, dass bei Ablage des Tapes (2, 2a, 2b,..) an einem Ablageort der Überhang (3) über die Kontur (1 ) minimiert wird.
16. Tapelegevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eine Erfassungseinheit (16) vor und/oder in der Legeeinrichtung (11 ) zur Erfassung der Geometrie, insbesondere der Geometrie der Stirnseite (4) und/oder Endseite (5) des Tapes (2, 2a, 2b,...) oder des Tape-Bandmaterials (7, 7') angeordnet ist.
17. Tapelegevorrichtung (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vakuumtisch zum Halten der ersten Tapelage (6) als Legetisch (12) angeordnet ist und/oder dass die Legeeinrichtung (11 ) als Rolle, Transportband und/oder Greifer ausgebildet ist.
18. Tapelegevorrichtung (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Legeeinrichtungen (11 ) angeordnet sind, wobei jeder Legeeinrichtung (11 ) jeweils eine
Schneideinrichtung (13) und eine Erfassungseinheit (16) zugeordnet sind.
19. Tapelegevorrichtung (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei oder mehreren Legeeinrichtungen (11 ) eine übergeordnete Steuervorrichtung angeordnet ist, bevorzugt zur Auswahl der Ablageorte, der Schneidprozesse, der Tape-Geometrie und/oder der zeitlichen Abfolge der Auswahl der Ablageorte, wobei die Steuereinrichtung (15)
Bestandteil der übergeordneten Steuervorrichtung
20. Tapelegevorrichtung (17) nach einem der vorstehenden Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schneideinrichtung (13) eine
Auffangvorrichtung zur Aufnahme von Tape-Verschnitt wirkverbunden ist.
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