WO2020182674A1 - Verfahren zur flexiblen herstellung textiler gebilde - Google Patents

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WO2020182674A1
WO2020182674A1 PCT/EP2020/056060 EP2020056060W WO2020182674A1 WO 2020182674 A1 WO2020182674 A1 WO 2020182674A1 EP 2020056060 W EP2020056060 W EP 2020056060W WO 2020182674 A1 WO2020182674 A1 WO 2020182674A1
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WO
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textile
customer
textile structures
purchaser
fibers
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/056060
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Kehrle
Original Assignee
Kejora Gmbh
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Publication date
Application filed by Kejora Gmbh filed Critical Kejora Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
    • D04H—MAKING TEXTILE FABRICS, e.g. FROM FIBRES OR FILAMENTARY MATERIAL; FABRICS MADE BY SUCH PROCESSES OR APPARATUS, e.g. FELTS, NON-WOVEN FABRICS; COTTON-WOOL; WADDING ; NON-WOVEN FABRICS FROM STAPLE FIBRES, FILAMENTS OR YARNS, BONDED WITH AT LEAST ONE WEB-LIKE MATERIAL DURING THEIR CONSOLIDATION
    • D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
    • D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
    • 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
    • B29C70/382—Automated fiber placement [AFP]
    • B29C70/384—Fiber placement heads, e.g. component parts, details or accessories

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing
  • multilayer textile structures in particular of semi-finished textile products, the underlying materials for the textile structures consisting predominantly of fibers.
  • the term "textile structure” is intended to include linear textile structures such as, for. B. yarns, twisted threads and ropes, but especially the sheet-like textile structures such.
  • B. textile hoses, stockings or - preferably - textile semi-finished products for reinforced plastic components are understood.
  • the underlying materials can consist of both natural fibers and man-made fibers, the latter being particularly preferred in addition to inorganic fibers such as glass and carbon fibers.
  • fibers in turn means both
  • Filaments, staple fibers, multifilament fibers, yarns or monofilaments are understood, that is, endless or length-limited and thin, flexible structures in relation to their length.
  • the ratio of length to diameter should be at least between 3: 1 and 10: 1; for many textile applications it is over 1000: 1.
  • Underlying materials for the production of textile structures which mainly consist of fibers, can have different shapes.
  • round or ribbon-like shapes are conceivable.
  • Textile structures in all kinds of configurations and orientations are known. They are mainly produced on production lines according to customer specifications. Corresponding production systems are also familiar to the person skilled in the art and are known, among other things, as flexible laying systems, e.g. CORIOLIS,
  • Compositence, F2 compositor This also includes weaving machines, knitting machines, cutting machines (cutters and plotters), embroidery systems and the like.
  • an automatic fiber deposition (AFP) machine and a lay-up mandrel tool, which is carried by the AFP machine, is known, the mandrel tool having a lattice girder inner part and a plurality of mandrel plates, which are attached to the inner part of the lattice girder and form a storage area.
  • a textile that consists of at least one, but typically two or more, differently oriented layers and whose contour approximately corresponds to the component contour is also referred to as a “stack” or “preform”.
  • the corresponding technical machine data (eg laying paths) of a system that are required for the manufacture of a specific product are essentially generated or entered via these UIs. So if a certain textile structure is desired, then the customer's wishes regarding texture, structure, contour or also
  • Material orientation communicated to the machine operator online or offline, checked and verified by him and then given as an order to the machine after appropriate acceptance.
  • Orbits do not cause a collision of the various elements of one
  • Manage the production machine e.g. from the storage table and laying unit or from the storage form and laying unit.
  • Custom-made products also known as batch size 1 (one). The reason for this lies in the mechanical machine design of current systems.
  • Custom-made products (batch size 1).
  • the object of the present invention is therefore to provide a method which makes the production of textile structures, in particular textile semi-finished products, simple, flexible and, in particular, also economical for small and very small quantities.
  • the production machine is designed in such a way that there is a minimum distance of 0.1 mm between the depositing unit and the mold on which it is deposited
  • This structural design can be implemented in various ways. It is conceivable, for example, to continuously monitor the distance between the depositing unit and the mold using optical aids, e.g. a light barrier which, if the distance falls below a certain level, the optical aids, e.g. a light barrier which, if the distance falls below a certain level, the optical aids, e.g. a light barrier which, if the distance falls below a certain level
  • the laying process is interrupted.
  • interferometric methods such. B. by laser is conceivable.
  • Mechanical blocking of the approach below a certain distance is also possible between the mold and the depositing unit. For this, the
  • Mobility of the mold and the laying unit towards one another or away from one another can be restricted by suitable mechanical means. This can be achieved, for example, in that the mold and the depositing unit cannot move towards or away from one another at all.
  • Such an embodiment is not advantageous for the production of multi-layer textile structures which increase in thickness in the course of production, since then the increasing thickness of the textile structure located on or in the mold can no longer be compensated and this leads to collisions between the deposit unit and the product.
  • either the depositing unit or the mold has displacement elements which enable these elements to move towards or away from one another.
  • a restriction through components such as a drag shoe or a barrier is possible.
  • a limitation by structural features of the moving elements is also possible. If the moving element is, for example, a threaded spindle, the range of motion of the element, the form or the depositing unit, which can be moved by the threaded spindle, can be limited by the assembly and the length of the same. Is it the one
  • Moving element for example, around a hydraulic or pneumatic cylinder with a stop point, the assembly, the length of the hydraulic or pneumatic cylinder and / or the choice of the
  • the stop point of the same is the range of motion of the element, the form or the element that can be moved by the hydraulic or pneumatic cylinder
  • the displacement element is, for example, a piezo actuator
  • the range of motion of the element that can be displaced by the piezo actuator can be achieved by the assembly and the length thereof
  • Element the shape or the storage unit, are limited. Is it at the moving element, for example, a linear motor, the assembly and the length of the same, the range of motion of the through the moving element, for example, a linear motor, the assembly and the length of the same, the range of motion of the through the moving element, for example, a linear motor, the assembly and the length of the same, the range of motion of the through the moving element, for example, a linear motor, the assembly and the length of the same, the range of motion of the through the
  • Linear motor movable element the shape or the depositing unit, are limited.
  • the present method thus allows flexible production in which
  • the inventive method completely dispenses with the
  • Preparation / preparation of a product which in principle eliminates one-time costs and the product can be manufactured from the first part at a large-volume price.
  • the special thing about the above-mentioned ordering platform is the fact that customer-specific, near-net-shape fabrics, embroideries and textile cuts can be produced directly.
  • the orientation data can be entered in any angle. This means that the customer or user is not limited to certain angles (+/- 90 °, +/- 45 °, +/- 30 °) specified on the device or for reasons of standardization, but also the individual orientation - and contour - can specify.
  • underlying materials are placed on the mold by means of the depositing unit.
  • a minimum distance between the depositing device and the mold or the topmost layer of the textile structure in production located on the mold is always maintained. This minimum distance is
  • the minimum distance is 0.06 millimeters. In one embodiment, the minimum distance is 0.13 millimeters. It is advantageous to keep the distance between the depositing device and the mold or the uppermost layer of the textile structure in production constant during the entire production process.
  • binders are known per se to the person skilled in the art.
  • the method can also be run in a generating manner, with the
  • predetermined contour is specifically filled with material, which is usually
  • the fibers that can be used are not subject to any restrictions. However, it is preferred if the fibers are selected from a group containing glass fibers, carbon fibers, aromatic polyamides (for example polyparaphenylene terephthalamide) or mixtures thereof.
  • the semi-finished products or later components or structural parts made from them are characterized by high strength and stability combined with low weight, which is particularly useful for technical areas of application, such as in the automotive sector.
  • the textile structures contain several layers of the underlying materials, the contours and / or the alignment and / or the
  • underlying materials themselves can be the same or different from layer to layer.
  • the user has the option of specifically building local reinforcements into the textile structure. Due to the flexibility - practically unlimited possibilities of contour shapes and Alignment options - there is a great variation in the desired parameters such as strength, thickness, isotropy of the desired intermediate and end products.
  • a typical user interface (UI) suitable for the method according to the invention has at least the following scope of functions or function modules:
  • Containing a contour upload function e.g. Upload of a Drawing Interchange File Format (DXF) or another data format.
  • the contour can alternatively also be online, e.g. by mouse clicks or by entering coordinates in the Ul.
  • Choice of fiber or textile orientation preferably by entering an angle and different contours for individual layers of a stack (so-called “scarfs” or “local reinforcements”).
  • Containing filing paths / path coordinates in machine languages such as in G-Code, Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL) or the like, in order to transfer the data to a plotter, for example.
  • machine languages such as in G-Code, Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL) or the like, in order to transfer the data to a plotter, for example.
  • HPGL Hewlett-Packard Graphics Language
  • modules are also optionally possible, such as Price calculation modules, payment modules, invoice generation modules or even reorder modules.
  • Fig. 1 shows schematically the problem to be solved by the invention.
  • Fig. 2 shows an embodiment of the invention in plan view containing a shape in the form of a round storage table 1, a rigid portal 2 which extends over the storage table and a storage unit 3 attached to the portal.
  • the storage table is rotatable about its own vertical axis. as well as displaceable in the x-direction (indicated by the double arrows).
  • the depositing unit can be rotated about its own vertical axis and displaced in the y direction (indicated by the double arrows).
  • Fig. 3 shows the same embodiment of the invention from the side.
  • the deposit table 1, the portal 2 and the deposit unit 3 can also be seen, the deposit unit also having a supply roll 4 for the underlying material 7.
  • the depositing table is movable away from the depositing unit not only in the x direction but also in the z direction but it is provided with a clamping shoe 6, which prevents the storage table from being able to approach the storage unit beyond the width of the gap 5.
  • the underlying material 7 from the supply roll 4 can then without any contact of
  • Depositing unit and depositing table are deposited on the depositing table on which the deposited material 9 is then located. To get the hang of the
  • the depositing unit contains a cutting tool 8.
  • the underlying material 7 can now be deposited on the depositing table 1 via the depositing unit 3. It is possible to adjust the orientation of the pieces of the underlying material to one another by rotating the storage table around its own axis.
  • the storage path in the x and y directions is determined by the movement of the storage table 1 in the x direction and by the movement of the storage device 3 in the y direction, comparable to the structure of the print image
  • Inkjet printer which is created by the forward movement of the paper and the perpendicular movement of the print head.
  • the ability of the storage table 1 to rotate about its own axis means that arcuate laying paths are also possible.
  • the storage table 1 In order to compensate for the increasing thickness of the textile structure after several layers have been deposited, it is possible to move the storage table 1 in the z-direction to reduce the width of the gap between the storage unit 3 and the storage table 1 or the surface of the one in production to keep the textile structure constant.
  • the drag shoe 6 prevents the deposit table 1 and the deposit unit 3 from colliding.

Landscapes

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  • Textile Engineering (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von textilen Gebilden vorgeschlagen, insbesondere von textilen Halbzeugen, wobei die zugrundeliegenden Materialen für die textilen Gebilde überwiegend aus Fasern bestehen, umfassend die folgenden Schritte: - Starten eines internetbasierten Bestellprogramms durch den Besteller / Kunden - Eingabe der gewünschten Konturdaten des textilen Gebildes, durch den Besteller / Kunden - Eingabe der Orientierungsdaten der Materialien durch den Besteller / Kunden wodurch sich das Verfahren dadurch auszeichnet, dass diese Daten einer voll automatisch aufbereiteten Form anschließend direkt in die Warteschlange einer geeignet gestalteten flexiblen Produktionsmaschine gelangen.

Description

Verfahren zur flexiblen Herstellung textiler Gebilde
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
mehrschichtigen textilen Gebilden, insbesondere von textilen Halbzeugen, wobei die zugrundeliegenden Materialen für die textilen Gebilde überwiegend aus Fasern bestehen.
Im Rahmen der Erfindung sollen unter dem Begriff„textile Gebilde“ linienförmige textile Gebilde, wie z. B. Garne, Zwirne und Seile, insbesondere aber die flächenförmigen textilen Gebilde, wie z. B. Gelege, Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Nähgewirke, Vliesstoffe und Filze und die räumlichen textilen Gebilde (Körpergebilde) wie z. B. textile Schläuche, Strümpfe oder - bevorzugt - textile Halbzeuge für verstärkte Kunststoffbauteile verstanden werden.
Die zugrundliegenden Materialien können sowohl aus Naturfasern als auch aus Chemiefasern bestehen, wobei letztere, neben den anorganischen Fasern, wie Glas- und Kohlenstoffasern besonders bevorzugt verwendet werden.
Unter dem Begriff„Fasern“ wiederum werden in dieser Erfindung sowohl
Filamente, Stapelfasern, Multifilamentfasern, Garne, oder Monofilamente verstanden, also endlose oder längenbegrenzte und im Verhältnis zu ihrer Länge dünne, flexible Gebilde. Um im technischen Bereich von einer„Faser“ zu sprechen, sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens zwischen 3:1 und 10:1 liegen; für viele textile Anwendungen liegt es bei über 1000:1.
Zugrundeliegende Materialien für die Herstellung textiler Gebilde, die überwiegend aus Fasern bestehen, können verschiedene Formen aufweisen. Denkbar sind beispielsweise runde oder bändchenartige Formen. Gerade im Bereich bändchenartiger Formen existiert eine große Vielfalt möglicher Materialien, die dem Fachmann beispielsweise unter den Bezeichnungen„Towpregs“,„Tapes“, „Prepregtapes“ oder„Spreadtows“ bekannt sind.
Textile Gebilde in allerlei Konfigurationen und Ausrichtungen sind bekannt. Sie werden überwiegend auf Produktionsanlagen nach Kundenvorgaben produziert. Auch entsprechende Produktionsanlagen sind dem Fachmann geläufig und sind unter anderem bekannt als flexible Legeanlagen, wie z.B. CORIOLIS,
Compositence, F2 Compositor. Darüber hinaus zählen dazu Webmaschinen, Wirkmaschinen, Zuschneidemaschinen (Cutter und Plotter), Stickanlagen und ähnliches.
Aus der EP 2 631 062 ist eine automatische Faserablage (AFP)-Maschine und ein Lay-up-Dornwerkzeug, das durch die AFP-Maschine getragen wird, bekannt, wobei das Dornwerkzeug ein Gitterträger-Innenteil und eine Vielzahl von Dorn- Platten aufweist, die an dem Gitterträger-Innenteil angebracht sind und eine Ablagefläche bilden.
Ein Textil, das aus wenigstens einer, typischerweise jedoch zwei oder mehreren, verschieden orientierten Schichten besteht und dessen Kontur annähernd der Bauteilkontur entspricht, wird einschlägig auch als„Stack“ oder„Preform“ bezeichnet.
All diesen vorbekannten Anlagen ist gemein, dass sie über sogenannte User Interfaces (Ul) üblicherweise offline und/oder nur den Mitarbeitern des jeweiligen Anlagenbetreibers zugänglich sind und dass die Produktion eines neuen Produkts mit einem (häufig nicht unerheblichen) ökonomischen Vorbereitungs-,
Einrichtungs- und Rüstaufwand verbunden ist, der auf die produzierte Menge umgelegt werden muss.
Dabei werden im Wesentlichen über diese Uls die entsprechenden technischen Maschinendaten (z.B. Lege-Pfade) einer Anlage generiert bzw. eingegeben, die zur Herstellung eines bestimmten Produktes erforderlich sind. Wird also ein bestimmtes textiles Gebilde gewünscht, so werden die Kundenwünsche betreffend Beschaffenheit, Aufbau, Kontur oder auch
Materialausrichtung dem Maschinenbetreiber online oder offline mitgeteilt, von diesem gecheckt und verifiziert und nach entsprechender Annahme dann als Auftrag an die Maschine gegeben.
Nachteilig bei diesem Verfahren sind zum einen die personalintensiven
Kontrollschritte. Zum anderen ist es aber - bedingt durch die zwischenzeitlich erforderliche Approbation - in aller Regel unwirtschaftlich, diese Prozedur bei kleinen Bestellmengen zu durchlaufen. Das führt dann dazu, dass
Mindestbestellmengen eingeführt werden, um die Verfahren des Standes der Technik für den Anlagenbetreiber rentabel zu erhalten.
Wird nun die Produktion eines neuen Produkts auf den bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Produktionsanlagen - wie z.B. der in der EP 2 631 062 beschriebenen AFP Anlage begonnen, erfordert es ein einmaliges Abfahren im sogenannten„Einrichtbetrieb“ der über ein Ul oder eine andere Software generierten Produktionsbahnen, um sicher zu stellen, dass die generierten
Bahnen nicht zu einer Kollision der verschiedenen Elemente einer
Produktionsmaschine führen (z.B. von Ablagetisch und Legeeinheit oder von Ablageform und Legeeinheit).
Das zwingend vorgeschriebene„Abfahren im Einrichtbetrieb“ erlaubt keine ökonomische Produktion individuell gestalteter Textilien, also
Sonderanfertigungen, auch unter der Bezeichnung Losgröße 1 (eins) bekannt. Der Grund hierfür liegt im mechanischen Maschinen-Design aktueller Anlagen.
Anlagen, die dem Stand der Technik entsprechen, erfordern immer eine Prüfung der generierten Produktionsdaten (i.d.R. durch einmaliges langsames Abfahren) durch einen Menschen bzw. den Anlagen-Bediener, erlauben es also nicht, die durch den Kunden/Benutzer selbst in das System eingegebenen Produktionsdaten werden, unreflektiert und ungeprüft zu übernehmen. Diese Unzulänglichkeit macht die Verfahren des Standes der Technik unwirtschaftlich für die Produktion und insbesondere für das Herstellen von benutzerdefinierten Klein- bzw.
Sonderanfertigungen (Losgröße 1 ).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung von textilen Gebilden, insbesondere von textilen Halbzeugen, einfach, flexibel und insbesondere auch für Klein- und Kleinstmengen wirtschaftlich macht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das eingangs beschriebene Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Starten eines internetbasierten Bestellprogramms durch den Besteller / Kunden
- Eingabe der gewünschten Konturdaten des textilen Gebildes durch den Besteller / Kunden
- Eingabe der Orientierungsdaten der Materialien durch den Besteller / Kunden, wobei
diese Daten in einer voll automatisch aufbereiteten Form anschließend ohne menschliche Prüfung oder Überarbeitung direkt in die Warteschlange einer Produktionsmaschine gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass die
Produktionsmaschine konstruktiv so gestaltet ist, dass zwischen Ablegeeinheit und Form, auf die abgelegt wird, ein Mindestabstand von 0,1 mm
konstruktionsbedingt nicht unterschritten werden kann.
Durch diese konstruktive Gestaltung kann es auch bei unzulässigen Daten nicht zur Kollision von Maschinenelementen kommen, wodurch es möglich ist, auf jedwede menschliche Interaktion während des Herstellprozesses zu verzichten.
Diese konstruktive Gestaltung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Denkbar ist beispielsweise die ständige Überwachung des Abstandes zwischen der Ablegeeinheit und der Form durch optische Hilfsmittel, wie z.B. eine Lichtschranke, die bei Unterschreitung eines bestimmten Abstandes den
Legevorgang unterbricht. Auch die Verwendung interferometrischer Verfahren z. B. mittels Laser ist denkbar. Neben einer ständigen Überwachung des Abstandes zwischen der Form und der Ablegeeinheit ist auch eine mechanische Blockierung der Annährung unter einen bestimmten Abstand möglich. Hierfür muss die
Beweglichkeit der Form und der Legeeinheit aufeinander zu bzw. voneinander weg durch geeignete mechanische Mittel eingeschränkt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass sich die Form und die Ablegeeinheit überhaupt nicht aufeinander zu und voneinander wegbewegen können. Eine solche Ausführungsform ist jedoch für die Produktion mehrlagiger textiler Gebilde, die im Laufe der Produktion an Dicke zunehmen, nicht vorteilhaft, da dann die zunehmende Dicke des auf oder in der Form befindlichen textilen Gebildes nicht mehr kompensiert werden und es auf diesem Wege zu Kollisionen zwischen der Ablegeeinheit und dem Produkt kommen kann. Vorteilhafter ist eine
Ausführungsform, in der nur eines der beiden Elemente auf das andere Element zu bzw. von diesem weg beweglich ist und in der diese Bewegung durch ein geeignetes mechanisches Mittel begrenzt ist. In diesem Fall weist entweder die Ablegeeinheit oder die Form Verfahrelemente auf, die eine Bewegung dieser Elemente aufeinander zu bzw. voneinander weg ermöglichen. Möglich ist zum Beispiel eine Beschränkung durch Bauelemente, wie einen Hemmschuh oder eine Sperre. Auch eine Begrenzung durch konstruktive Merkmale der Verfahrelemente ist möglich. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um eine Gewindespindel, so kann durch die Montage und die Länge derselben der Bewegungsbereich des durch die Gewindespindel verfahrbaren Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem
Verfahrelement beispielsweise um einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder mit Anschlagspunkt, so kann durch die Montage, die Länge des hydraulischen oder pneumatischen Zylinders und/oder die Wahl des
Anschlagpunktes desselben der Bewegungsbereich des durch den hydraulischen oder pneumatischen Zylinder verfahrbaren Elements, der Form oder der
Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um einen Piezoaktor, so kann durch die Montage und die Länge desselben der Bewegungsbereich des durch den Piezoaktor verfahrbaren
Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um einen Linearmotor, so kann durch die Montage und die Länge desselben der Bewegungsbereich des durch den
Linearmotor verfahrbaren Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden.
Das vorliegende Verfahren erlaubt damit eine flexible Produktion, bei der
Kollisionen trotz falsch geplanter Legepfade durch das konstruktive mechanische Design der Anlage ausgeschlossen sind.
Durch das Einhalten des Mindestabstandes zwischen der Ablegeeinheit und der Form, wird eine Kollision dieser Komponenten ausgeschlossen. Ähnlich, wie bei einem Dokumenten-Drucker, bei dem - sollte das Druckbild zu groß für das Papierformat sein - die überstehenden Bereiche abgeschnitten bzw. nicht gedruckt werden, kann sich auch im vorliegenden Verfahren keine Selbst-Beschädigung ergeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet dabei vollständig auf die
„menschliche Schnittstelle“ zwischen der Eingabe der Auftragsdetails und der Maschine. Dieses Verfahren erlaubt eine prinzipiell voll automatisierbare
Produktion.
Mittels einer Internet-basierten Bestellplattform werden nach der Eingabe der produktrelevanten Parameter diese Produktionsdaten für kundenindividuelle Produkte automatisch generiert und auf eine Produktionsanlage in die
Produktionswarteschlange transferiert. Es entsteht so kein Aufwand für die
AufbereitungA/orbereitung eines Produkts, wodurch Einmalkosten prinzipiell entfallen und das Produkt ab dem ersten Teil zum Großvolumen-Preis hergestellt werden kann.
Der endgültige Auslöser für den eigentlichen Produktionsstart ist dann
vorzugsweise beispielsweise der Zahlungseingang oder aber eine verbindliche Bestellung.
Das Besondere an der o.g. Bestellplattform (Online-Portal) ist die Tatsache, dass kundenindividuelle endkonturnahe Gelege, Gesticke und Textil-Zuschnitte direkt produziert wurden können. So ist es beispielsweise möglich und auch bevorzugt, dass die Eingabe der Orientierungsdaten in beliebigen Winkelgrößen erfolgt. Das heißt, dass der Kunde bzw. User nicht auf bestimmte - geräteseits oder aus Gründen der Standardisierung vorgegebene - Winkel (+/- 90°, +/- 45°, +/-30°) beschränkt ist, sondern auch individuell die Ausrichtung - und Kontur - vorgeben kann.
Zwecks Herstellung der mehrschichtigen, textilen Gebilde werden die
zugrundeliegenden Materialien mittels der Ablegeeinheit auf die Form gegeben. Dabei wird stets ein Mindestabstand zwischen der Ablegevorrichtung und der Form bzw. der auf der Form befindlichen obersten Lage des in Produktion befindlichen textilen Gebildes eingehalten. Dieser Mindestabstand liegt
vorzugsweise in der Größenordnung der Dicke des zugrundeliegenden Materials. In einer Ausführungsform beträgt der Mindestabstand 0,06 Millimeter. In einer Ausführungsform beträgt der Mindestabstand 0,13 Millimeter. Es ist vorteilhaft, den Abstand zwischen der Ablegevorrichtung und der Form bzw. der obersten Lage des in Produktion befindlichen textilen Gebildes während des gesamten Produktionsvorgangs konstant zu halten.
Die beiden Komponenten Ablegeeinheit und Form bzw. die Oberfläche des in Produktion befindlichen textilen Gebildes berühren sich also nie während des gesamten Verfahrens und auch auf die Verwendung einer Andruckrolle wird verzichtet. Demzufolge werden im ersten Schritt die zugrundliegenden Materialien auch zunächst nur locker aufeinandergelegt. Die eigentliche Konsolidierung erfolgt dann durch Wärmebehandlung, beispielsweise durch Bestrahlen mit Infrarotlicht. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Materialien einen Anteil an
niedrigschmelzendem Bindern enthalten. Solche Binder sind dem Fachmann an sich bekannt.
Die Kombination einer Produktionsanlage zur Herstellung z.B. eines textilen Halbzeugs (bzw. Stacks oder Preforms) mittels eines über das Internet für jedermann zugänglichen Interfaces führt zu Zeit-, Personal- und Kosteneinsparung bei gleichzeitig höherer Flexibilität und Gestaltungsmöglichkeit und Kostenreduktion für den Kunden. Der Besteller kreiert sein Bauteil dabei selbst und entsprechend seinen Anforderungen.
Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Verfahren sowohl so zu gestalten, dass die Konturen der textilen Gebilde generierend oder aber subtraktiv aus den zugrundeliegenden Materialien hergestellt werden.
Dem Fachmann sind diese beiden Herstellungsmethoden prinzipiell bekannt. Im Wesentlichen besteht die subtraktive Methode in einer Herstellung durch
Zuschnitt, also durch„Ausschneiden“ der gewünschten Kontur aus einem größeren Gebilde.
Zwangsläufig entsteht bei dieser Methode ein Verlust an Material, der Verschnitt.
Ebenso kann das Verfahren generierend gefahren werden, wobei die
vorgegebene Kontur gezielt mit Material gefüllt wird, was in der Regel
ressourcenschonender ist.
Prinzipiell sind die verwendbaren Fasern keinen Einschränkungen unterlegen. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Fasern ausgewählt sind aus einer Gruppe enthaltend Glasfasern, Kohlenstofffasern, aromatische Polyamide (beispielsweise Polyparaphenylenterephthalamid) oder Mischungen daraus.
Die daraus hergestellten Halbzeuge oder späteren Bau- bzw. Strukturteile zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht aus, was sie besonders für technische Anwendungsbereiche, wie z.B. im Automobilbereich, geeignet macht.
Besonders bevorzugt ist es für das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, wenn die textilen Gebilde mehrere Lagen aus den zugrundeliegenden Materialien enthalten, wobei die Konturen und/oder die Ausrichtung und/oder die
zugrundeliegenden Materialien selbst von Lage zu Lage gleich oder verschieden sein können.
Durch diese Konfigurationsmöglichkeit hat der User (= Kunde) die Möglichkeit, gezielt lokale Verstärkungen in das textile Gebilde einzubauen. Aufgrund der Flexibilität - praktisch unbegrenzte Möglichkeiten von Konturformen und Ausrichtungsmöglichkeiten - besteht eine große Variation hinsichtlich der gewünschten Parameter, wie Festigkeit, Dicke, Isotropie der gewünschten Zwischen- und Endprodukte.
Ein typisches User Interface (Ul) geeignet für das Verfahren gemäß der Erfindung verfügt mindestens über folgende Funktionsumfänge bzw. Funktionsbausteine:
1 ) Produkt-Gestaltungsbaustein
Enthaltend eine Kontur-Uploadfunktion, z.B. Upload eines Drawing Interchange File Format (DXF) oder eines anderen Datenformats. Optional kann alternativ auch die Kontur online, z.B. durch Mausklicks oder Koordinateneingabe im Ul, erstellt werden.
Wahlmöglichkeit einer Faser oder Textil-Orientierung, vorzugsweise durch Eingabe eines Winkels sowie von unterschiedlichen Konturen für einzelne Lagen eines Stacks (sogenannte„Schäftungen“ oder„lokale Verstärkungen“).
2) Maschinendaten-ZProduktionsdaten-Generierungsbaustein
Enthaltend Ablege-Pfade / Pfadkoordinaten in Maschinensprachen, wie z.B. in G- Code, Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL) oder dergleichen, um die Daten auf beispielsweise einen Plotter zu transferieren.
Selbstverständlich sind auch noch weitere Bausteine optional möglich, wie z.B. Preisberechnungs-Bausteine, Bezahl-Bausteine, Rechnungsgenerierungs- Baustein oder auch Nachbestellungs-Bausteine.
Fig. 1 zeigt schematisch das zu lösende Problem der Erfindung.
Aus ökonomisch-produktionstechnischen Gründen werden heute
kundenindividuelle Produkte nur in großen Mengen gefertigt. Eine flexible und optimale Materialausrichtung ist auch bei kleinen Volumina ökonomisch und technisch relevant. Weicht die Materialausrichtung von der Lastrichtung beispielsweise in einem Carbonfaser-Composite (CFK) um 10° ab, dann reduzieren sich die Materialeigenschaften um 20% (Steifigkeit) bzw. 30%
(Festigkeit); bei 30° Abweichung beträgt die Reduktion 60% (Steifigkeit) bzw. 85% (Festigkeit). Umgekehrt bedeutet dies: Bei 10° Abweichung werden 20% bzw. 30% mehr Material benötigt, um die gleiche Funktion zu erfüllen.
Nachfolgend soll das Verfahren an einem Beispiel veranschaulicht werden:
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in der Draufsicht enthaltend eine Form in Gestalt eines runden Ablagetisches 1 , ein starres Portal 2, das sich über den Ablagetisch erstreckt sowie eine am Portal angebrachte Ablegeeinheit 3. Der Ablagetisch ist um seine eigene vertikale Achse dreh- sowie in x-Richtung verschiebbar (angedeutet durch die Doppelpfeile). Die Ablegeeinheit ist um ihre eigene vertikale Achse dreh- und in y-Richtung verschiebbar (angedeutet durch die Doppelpfeile).
Fig. 3 zeigt dieselbe Ausführungsform der Erfindung von der Seite. Zu sehen sind dabei ebenfalls der Ablagetisch 1 , das Portal 2 sowie die Ablegeeinheit 3, wobei die Ablegeeinheit auch eine Vorratsrolle 4 für das zugrundliegende Material 7 aufweist. Zwischen der Ablegeeinheit und dem Ablagetisch befindet sich ein konstruktiv bedingt mechanisch nicht überwindbarer Spalt 5. In Fig. 2 ist zu sehen, dass der Ablagetisch nicht nur in x-Richtung, sondern auch in z-Richtung von der Ablegeeinheit sich entfernend beweglich ist, dass er aber mit einem Flemmschuh 6 versehen ist, der verhindert, dass sich der Ablagetisch über die Breite des Spaltes 5 hinaus an die Ablegeeinheit annähern kann. Das zugrundeliegende Material 7 von der Vorratsrolle 4 kann dann ohne jede Berührung von
Ablegeeinheit und Ablagetisch auf dem Ablagetisch abgelegt werden, auf dem sich dann das abgelegte Material 9 befindet. Um den Strang des
zugrundeliegenden Materials während des Ablegeeinheit kontrolliert unterbrechen zu können, enthält die Ablegeeinheit ein Schneidwerkzeug 8.
Zur Fierstellung eines textilen Gebildes kann nun das zugrundeliegende Material 7 über die Ablegeeinheit 3 auf dem Ablagetisch 1 abgelegt werden. Dabei ist es möglich, die Orientierung der Stücke des zugrundliegenden Materials zueinander durch Drehen des Ablagetisches um seine eigene Achse einzustellen. Der Ablageweg in den x- und y-Richtungen wird dabei durch die Bewegung des Ablagetisches 1 in x-Richtung und durch die Bewegung der Ablagevorrichtung 3 in y-Richtung bestimmt, vergleichbar dem Aufbau des Druckbildes eines
Tintenstrahldruckers, das durch die Vorwärtsbewegung des Papiers und die dazu rechtwinklige Bewegung des Druckkopfes erzeugt wird.
Durch die Drehbarkeit des Ablagetisches 1 um seine eigene Achse sind darüber hinaus auch bogenförmige Legepfade möglich.
Um die zunehmende Dicke des textilen Gebildes nach der Ablage mehrerer Lagen auszugleichen, ist es möglich, den Ablagetisch 1 in z-Richtung zu verschieben, um so die Breite des Spaltes zwischen der Ablegeeinheit 3 und dem Ablagetisch 1 bzw. der Oberfläche des in Produktion befindlichen textilen Gebildes konstant zu halten. Der Hemmschuh 6 verhindert dabei, dass der Ablagetisch 1 und die Ablegeeinheit 3 kollidieren können.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger textiler Gebilde, insbesondere von textilen Halbzeugen, wobei die zugrundeliegenden Materialen für die textilen Gebilde überwiegend aus Fasern bestehen, umfassend die folgenden Schritte:
- Starten eines internetbasierten Bestellprogramms durch den Besteller / Kunden
- Eingabe der gewünschten Konturdaten des textilen Gebildes durch den Besteller / Kunden
- Eingabe der Orientierungsdaten der Materialien durch den Besteller / Kunden, wobei
diese Daten in einer voll automatisch aufbereiteten Form anschließend ohne menschliche Prüfung oder Überarbeitung direkt in die
Warteschlange einer Produktionsmaschine aufweisend eine Form und eine Ablegeeinheit gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablegen so durchgeführt wird, dass zwischen der Form und der Ablegeeinheit stets ein Spalt von mindestens 0,063 mm Breite existiert.
2. Das Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Eingabe der Orientierungsdaten in beliebigen Winkelgrößen erfolgt.
3. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der textilen Gebilde generierend oder subtraktiv aus den zugrundeliegenden Materialien hergestellt werden.
4. Das Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
subtraktive Herstellung durch Zuschnitt erfolgt.
5. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern ausgewählt sind aus einer Gruppe enthaltend Glasfasern, Kohlenstofffasern, aromatische Polyamide oder Mischungen daraus.
6. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die textilen Gebilde mehrere Lagen aus den zugrundeliegenden Materialien enthalten, wobei die Konturen und/oder die Ausrichtung und/oder die zugrundeliegenden Materialien selbst von Lage zu Lage gleich oder verschieden sein können.
7. Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erhaltenen textilen Gebilde zu Bauteilen und Strukturelementen weiterverarbeitet werden.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3226290A1 (de) * 1982-07-14 1984-01-26 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Verfahren und vorrichtung zum gesteuerten ablegen von fasern auf eine form
EP2631062A1 (de) 2012-02-27 2013-08-28 The Boeing Company Automatische Faserplatzierung mit Layup-Dornwerkzeug
WO2015170016A1 (fr) * 2014-05-09 2015-11-12 Coriolis Composites Procédé et machine pour la réalisation de préformes par application sans compactage de fibres orientées
DE102015215936A1 (de) * 2015-08-20 2017-02-23 Airbus Operations Gmbh Ablagevorrichtung und Ablageverfahren zur Herstellung eines Faserverbundgeleges für die Bildung eines Faserverbundbauteils

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