WO2021244782A1 - Vorrichtung zur verarbeitung von faserverstärktem kunststoff - Google Patents

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WO2021244782A1
WO2021244782A1 PCT/EP2021/056313 EP2021056313W WO2021244782A1 WO 2021244782 A1 WO2021244782 A1 WO 2021244782A1 EP 2021056313 W EP2021056313 W EP 2021056313W WO 2021244782 A1 WO2021244782 A1 WO 2021244782A1
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drive
fiber
secondary drive
control
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PCT/EP2021/056313
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Christoph CORNELIUS
Simon MEMMEN
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Broetje-Automation Gmbh
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    • B29C2793/00—Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/009—Shaping techniques involving a cutting or machining operation after shaping

Definitions

  • the invention relates to a device for processing fiber-reinforced plastic according to the preamble of claim 1, a device for processing layer structures according to the preamble of claim 13, a use of such a device according to claim 14 and a method for controlling such a device according to claim 15th
  • the invention is based on the problem of designing and developing the known device in such a way that its drive concept is improved, in particular in order to achieve a more uniform conveyance of the fiber scrim web.
  • a secondary drive can be provided in addition to the primary drive, which also drives the fiber scrim web. If this secondary drive is combined with a force sensor, a regulation of the secondary drive can be implemented, which enables a stable and even conveyance of the fiber scrim web even in the event of deviations between the drives, such as those that can arise from manual intervention in the device.
  • the device has at least one secondary drive for driving the scrim web, that the device has a force measuring arrangement assigned to the secondary drive with a force sensor for measuring a web tension of the scrim web by means of the control arrangement, that the control arrangement has the secondary drive in a Control routine controls that the control routine includes a secondary control loop for controlling the secondary drive, that the control arrangement in the control routine supplies the web tension measured by the force measuring arrangement assigned to the secondary drive as an actual value to the secondary control loop and, based on the web tension in the secondary control loop, a manipulated variable, in particular the speed or the torque of the secondary drive is determined and adjusted.
  • a force sensor and a control circuit are also assigned to the primary drive, with which the primary drive is also controlled.
  • At least one further secondary drive is also provided, which is also regulated.
  • the web tension of the non-woven fiber web can be further optimized via the device, in particular at critical points in the processing of the non-woven fiber web.
  • Claim 4 preferably specifies existing functional units.
  • Claims 5 and 6 indicate preferred embodiments of the fiber scrim web and its processing, in particular with regard to the joining of layers of the fiber scrim web. Especially in the case of layer structures made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and glass fiber reinforced plastic (GFRP), the layers of which are usually only partially connected to one another during processing. If there are deviations in the web tension, the layers may become detached from one another. This requires expensive manual reworking or leads to scrap.
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • GFRP glass fiber reinforced plastic
  • Claim 8 specifies preferred configurations of the drives, wherein in a particularly preferred configuration a drive roller of a drive has a cover made of an elastic material, in particular a foam material, by means of which the thickness fluctuations of the fiber scrim Web can be balanced both in a conveying direction and across it. This also leads to a more even distribution of the forces within the fiber scrim web.
  • Claim 9 relates to the arrangement of the force sensor in relation to the associated drive.
  • the force sensor is preferably arranged close to the drive behind the drive.
  • Claims 10 and 11 relate to particularly preferred configurations of the force measuring arrangement.
  • this can have a deflection roller on which the non-woven fiber web is deflected.
  • This deflection roller can be mounted flexibly.
  • the force sensor can measure a deflection of the deflection roller, which is dependent on the web tension. It is preferred that only a single force sensor is provided, which is arranged approximately centrally on the deflection roller. Due to the relatively high stability, especially in the case of carbon fiber and glass fiber reinforced plastic, a single force sensor can be sufficient to regulate the drive without major deviations occurring transversely to the conveying direction of the fiber fabric web.
  • the drives are preferably synchronized with one another in a superordinate synchronization routine, as a result of which the web tension along the device can be uniformly regulated.
  • a device for processing layer structures is claimed. It was recognized that the proposed force measuring arrangement can in principle also be relevant for other materials.
  • the device can also be designed essentially similar to the device of the first teaching. Reference may be made to all statements relating to the device of the first teaching.
  • Fig. 1 shows an aircraft with aircraft structural components that can be produced according to the proposal
  • FIG. 4 shows a force measuring arrangement in a perspective side view and FIG. 5 shows the proposed control concept as a control circuit.
  • FIG. 1 a shows an aircraft 1 with aircraft structural components 2.
  • frames 2a and stringers 2b are shown as such aircraft structural components 2.
  • Today these aircraft structural components 2 are also produced as fiber-reinforced components from fiber-reinforced plastics.
  • the proposed device 3 shown in Fig. 2 is used for processing fiber-reinforced plastics.
  • the device 3 is used in particular for the production of aircraft structural components 2 such as frames 2a and stringers 2b or preforms for them.
  • the device 3 has at least two functional units 4 here.
  • One of these functional units 4 is a supply unit 5 for supplying a non-woven fiber web 6.
  • the non-woven fiber web 6 consists here and preferably of a fiber material obstructed with thermoplastic powder and thus of a fiber-matrix semi-finished product, which is also referred to as prepreg.
  • the fiber scrim web 6 consists here and preferably of several layers.
  • these layers are first placed one on top of the other in the feed unit 5 to form the non-woven fiber web 6.
  • four layers of the supply rolls 7 shown are laid one on top of the other to form the fiber scrim web 6.
  • the fiber-laid web 6 can also be prefabricated and fed, for example, from a single supply roll 7 or another device.
  • the functional units 4 furthermore comprise a processing unit 8 for processing the fiber laid web 6.
  • a processing unit 8 for processing the fiber laid web 6.
  • this processing unit 8 acts on the laid fiber web 6, which extends from the feed unit 5 to the processing unit 8.
  • the scrim web 6 can still be cut in the further course of the device 3, but the cut parts of the scrim web 6 are then no longer part of the scrim web 6.
  • the scrim web 6 is therefore along a conveying direction F of the device 3 one piece.
  • the device 3 has a primary drive 9 for driving the fiber laid web 6.
  • this primary drive 9 By means of this primary drive 9, the laid fiber web 6 is pulled and / or pressed through the device 3.
  • the device 3 also has a control arrangement 10 for controlling or regulating the primary drive 9. It is now essential that the device 3 has at least one secondary drive 11 for driving the fiber scrim web 6.
  • the secondary drive 11 is shown in the conveying direction in front of the primary drive 9, but the order is in principle arbitrary.
  • the device 3 has a force measuring arrangement 12 assigned to the secondary drive 11 with a force sensor 13 for measuring a web tension of the fiber scrim web 6 by means of the control arrangement 10.
  • the force sensor 13 can be any desired force sensor 13.
  • the preferred embodiment of the force measuring arrangement 12 is explained below. Here, and preferably, it measures a force FB that is dependent on the web tension.
  • control arrangement 10 controls the secondary drive 11 in a control routine, that the control routine comprises a secondary control loop 14 for controlling the secondary drive 11, that the control arrangement 10 in the control routine uses the web tension measured by the force measuring arrangement 12 assigned to the secondary drive 11 as actual Value 15 supplies the secondary control loop 14 and, based on the web tension, determines and sets a manipulated variable 16 of the secondary drive 11.
  • web tension is to be interpreted broadly here, so that a force FB, which is dependent on the web tension, is also included. The web tension does not actually have to be calculated or determined in the strict sense.
  • the secondary control loop 14 is shown in FIG. 5.
  • the secondary control loop 14 can be constructed as follows. From the left in FIG. 5, a reference variable 17 is specified here and preferably, which can originate from a higher-level speed control and / or a user specification. After the summation point, which is still to be explained, the control deviation is fed into a controller 18, which generates a manipulated variable 16 therefrom.
  • the secondary drive 11 is controlled here and preferably by means of this manipulated variable 16.
  • this manipulated variable 16 is the motor current of the secondary drive 11.
  • the electrical part 19 of the secondary drive 11 then physically follows in the control loop 14 and converts the motor current into a torque. This torque is generated by a mechanical part 20 of the secondary Drive 11 applied to the fiber scrim web 6.
  • the return branch of the secondary control loop 14 is initiated by the measurement of the actual value 15 by the force measuring arrangement 12.
  • the web tension as the actual value 15 is then converted in a further controller 21 and subtracted from the reference variable 17 at the summation point.
  • the web tension is regulated via the secondary drive 11.
  • the manipulated variable 16 of the secondary control loop 14 and / or of the secondary drive 11 is here and preferably the motor current or the torque.
  • the torque or the speed of the secondary drive 11 can be regulated.
  • the control system 10 feeds the web tension measured by the force measuring system 12 assigned to the secondary drive 11 as an actual value 15 to the secondary control loop 14 and, based on the web tension as the manipulated variable 16 of the secondary drive 11, determines its torque or speed and adjusts.
  • the control arrangement 10 shown in FIGS. 2 and 3 can, in contrast to what is shown, also be a multi-part control arrangement 10. It can also be provided that the primary drive 9 and the secondary drive 11 each have their own control arrangement, which do not have to communicate with one another. Nevertheless, they are combined here to form the control arrangement 10. An overall control is preferably provided, for example in a computer.
  • the device 3 has a further force measuring arrangement 12 assigned to the primary drive 9 with a force sensor 13 for measuring a web tension of the fiber scrim web 6 by means of the control arrangement 10.
  • the force measuring arrangement 12, which is assigned to the primary drive 9, is configured here and preferably essentially in the same way as the force measuring arrangement 12 which is assigned to the secondary drive 11. All statements relating to the force measuring arrangement 12 which the secondary drive 11 is assigned, can also apply to this and all other force measuring arrangements 12 to be mentioned.
  • control arrangement 10 controls the primary drive 9 in the control routine and that the control routine includes a primary control circuit 22 for controlling the primary drive 9.
  • control routine includes a primary control circuit 22 for controlling the primary drive 9.
  • all statements on the secondary control loop 14 also apply to the primary control loop 22.
  • the control loop shown in FIG. 5 is representative of the primary control loop 22, the secondary control loop 14 and all other control loops to be mentioned.
  • control arrangement 10 in the control routine supplies the web tension measured by the force measuring arrangement 12 assigned to the primary drive 9 as an actual value 15 to the primary control loop 22 and, based on the web tension in the primary control loop 22, a manipulated variable 16 of the primary drive 9 determined and adjusted.
  • the primary drive 9 and the secondary drive 11 are essentially identical and are correspondingly hierarchically next to one another.
  • the device 3 has at least one further secondary drive 11.
  • the device 3 can have a further force measuring arrangement 12 assigned to the further secondary drive 11 with a force sensor 13 for measuring a web tension of the fiber scrim web 6 by means of the control arrangement 10.
  • the control arrangement 10 controls the further secondary drive 11 in the control routine, that the control routine comprises a further secondary control loop 14 for regulating the further secondary drive 11, that the control arrangement 10 in the control routine the force measuring arrangement assigned to the further secondary drive 11 12 feeds the measured web tension as an actual value 15 to the further secondary control loop 14 and, based on the web tension in the further secondary control loop 14, determines and sets a manipulated variable 16 of the further secondary drive 11.
  • the device 3 preferably has two further secondary drives 11, preferably three further secondary drives drives 11, even more preferably four further secondary drives 11 and / or at least two further secondary drives 11.
  • the following functional units 4 can be provided.
  • a compacting unit 23 is provided for compressing the laid fiber web 6. This serves here and preferably to press the layers of the laid fiber web 6 with one another.
  • the functional units 4 furthermore comprise a heating unit 24 for heating, in particular for gluing, the fibrous laid web 6. It can be provided that a binding agent of the fibrous laid web 6 is already contained in this or in the device 3 is applied.
  • a heating unit 24 is arranged behind a compacting unit 23 in the conveying direction.
  • the functional units 4 comprise a transverse reshaping unit 25 for reshaping the non-woven fiber web 6 in a direction transverse to the conveying direction F.
  • a transverse reshaping unit 25 is used, for example, to create T-profiles and U-profiles.
  • the device 3 is used here and preferably for the production of T-profiles and / or U-profiles.
  • the preforms that can be produced are therefore T-profiles and / or U-profiles.
  • the functional units 4 comprise a cutting unit 26 for cutting the non-woven fiber web 6. After the cutting unit 26, the scrim web 6 ends. Furthermore, it can be provided that the functional units 4 comprise a longitudinal reshaping unit 27, which is used for reshaping the scrim web 6 or, as shown in FIG. 2, pieces 28 of the scrim web 6 serve in one direction along the conveying direction F.
  • the fiber scrim web 6 is a layer structure of at least two superposed layers of fiber-reinforced plastic.
  • the fiber reinforced plastic is here and preferably a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or a glass fiber reinforced plastic (GFRP).
  • the functional units 4 here and preferably comprise a first heating unit 29 for a first, in particular partial, gluing of the layers to one another. This partial gluing is here and preferably gluing the edges along the conveying direction F.
  • the functional units 4 can comprise a second heating unit 30 for a second, in particular complete, gluing of the layers to one another.
  • the second heating unit 30 is preferably arranged at the end of the device 3 and glues the longitudinally reshaped pieces 28 of the fiber scrim web 6 there.
  • a preform is created.
  • the device 3 has a conveying direction F of the fiber scrim web 6.
  • the second heating unit 30 is arranged behind the first heating unit 29 in the conveying direction F.
  • the primary drive 9 and / or at least one secondary drive 11 is arranged along the conveying direction F between the first and the second heating unit 29, 30.
  • the arrangement of the drives 9, 11 in the device 3 is preferably made such that at least one functional unit 4 here and preferably a processing unit 8 is arranged between the primary drive 9 and the secondary drive 11. Additionally or alternatively, it can be provided that at least one functional unit 4, here and preferably a processing unit 8, is arranged between the secondary drive 11 and the further secondary drive 11. At least one functional unit 4, here and preferably a processing unit 8, is preferably arranged between the drives 9, 11. Accordingly, the drives 9, 11 can be placed at critical points within the device 3.
  • the primary drive 9 and / or the secondary drive 11 and / or the respective further secondary drive 11 has a drive roller 31 for driving the fiber scrim web 6.
  • the drive roller 31 can exert a tensile force and / or a compressive force on the fiber scrim web 6. Here and preferably it transmits the torque from the respective drive 9, 11 to the fiber scrim web 6.
  • the drive roller 31 has a coating or a surface made of an elastic material. rial, in particular a foam material or a foam rubber or a rubber or silicone or polyurethane. Layer materials and in particular fiber-reinforced plastic materials, especially those that are not yet fully bonded, can have fluctuations in their thickness. These can easily be compensated for by means of the elastic material.
  • the force sensor 13 is arranged behind the associated drive 9, 11 in the conveying direction F.
  • the force sensor 13 is arranged in the conveying direction F in front of the respective associated drive 9, 11.
  • the corresponding force sensor 13, preferably the force sensor 13 assigned to the secondary drive 11 and / or the respective force sensor 13, is here and preferably behind the functional unit 4 arranged in the conveying direction F in front of the assigned drive 9, 11, in particular the secondary drive 11 arranged.
  • force sensor is to be interpreted broadly. It can also include several sensors in the narrower sense, it is important that the force sensor 13, as shown, measures the force at one point. With a force sensor 13 it is therefore not possible to measure force values at several points which are spaced apart from one another.
  • the force sensor 13 here and preferably comprises one or more piezo elements.
  • the force measuring arrangement 12 here and preferably has a deflecting roller 32 on which the non-woven fiber web 6 is deflected.
  • the maximum deflection of the non-woven fiber web 6 is, especially in the case of a layer structure, preferably less than 90 degrees, more preferably less than 60 degrees, even more preferably less than 45 degrees, even more preferably less than 30 degrees, even more preferably less than 20 degrees. It has been found that strong deflection can lead to the layers becoming detached from one another.
  • the deflection roller 32 is supported here and preferably flexibly. Here, and preferably, the deflection roller 32 is pivotably mounted.
  • the deflecting roller 32 is supported so flexibly that a deflection of the deflecting roller 32 is dependent on the web tension. However, this deflection is preferably less than 1 cm, more preferably less than 1 mm.
  • the deflecting roller 32 is supported here and preferably on two sides transversely to the conveying direction F, in particular by means of a lever arm 33 each, which is also mounted pivotably on the device 3.
  • the deflection roller 32 is flexibly mounted on the two sides transversely to the conveying direction F and can therefore be deflected independently of one another on both sides. As can be seen from FIG. 4, this independence is only given on a small scale due to the rigid deflection roller 32.
  • the force sensor 13 measures the deflection of the deflecting roller 32.
  • the force sensor 13 preferably acts on the deflecting roller 32 on a side facing away from the fiber scrim web 6.
  • the fiber-laid web 6 can be arranged between the deflection roller 32 and the force sensor 13.
  • the force sensor does not act here and preferably directly on the deflection roller 32, but via a pressure roller 32a.
  • the force sensor 13 acts transversely to the conveying direction F in a range between 20% and 80% of the extent of the deflecting roller 32 transversely to the conveying direction F. More preferably, the force sensor 13 engages in a range between 30% and 70% of the extension of the deflection roller 32 transversely to the conveying direction F, even more preferably between 40% and 60%. the extension of the deflection roller 32 transversely to the conveying direction F on.
  • the force measuring arrangement 12 has precisely one such force sensor 13, which can accordingly be sufficient to measure the web tension with sufficient accuracy.
  • the fiber-reinforced, preferably carbon-fiber-reinforced plastics in particular have a high degree of rigidity in the direction transverse to the conveying direction F. This is especially true when the edges of the layers are already connected to one another.
  • this one force sensor 13 acts essentially centrally on the deflecting roller 32.
  • control arrangement 10 synchronizes the drives 9, 11 in a higher-level synchronization routine.
  • the reference variables 17 of the control loops 14, 22 are preferably synchronized in the synchronization routine. This enables homogeneous control or regulation of the web tension to be achieved.
  • a device 3 for processing layered structures in particular for producing aircraft structural components 2 or preforms for them, is proposed.
  • These layer structures can in principle comprise any materials.
  • the materials are lightweight construction materials.
  • This device 3 can be configured partially or completely like the device 3 described above.
  • This device 3 also has at least two functional units 4, the functional units 4 comprise at least one feed unit 5 for feeding in a layered web and a processing unit 8 for processing the layered web.
  • the device 3 has a primary drive 9 for driving the layer web and a control arrangement 10 for controlling or regulating the primary drive 9.
  • the layered web consists of at least two material layers and thus forms a layer structure. In particular, it consists of two layers of lightweight construction material, preferably glass fiber reinforced plastic or carbon fiber reinforced plastic.
  • the device 3 has at least one secondary drive 11 for driving the layer web
  • the device 3 has a force measuring arrangement 12 assigned to the secondary drive 11 with a force sensor 13 for measuring a web tension of the layer web by means of the control arrangement 10
  • the control arrangement 10 controls the secondary drive 11 in a control routine
  • the control routine comprises a secondary control loop 14 for controlling the secondary drive 11
  • the control arrangement 10 in the control routine uses the web tension measured by the force measuring arrangement 12 assigned to the secondary drive 11 as an actual value 15 to the secondary control loop 14 and based on the web tension in the secondary control loop 14, a manipulated variable 16 of the secondary drive 11 is determined and adjusted so that the force measuring arrangement 12 has a deflection roller 32 on which the layer web is deflected, that the deflection roller 32 is flexibly mounted, de That is, a deflection of the deflection roller 32 is dependent on the web tension and that the force sensor 13 measures the deflection of the deflection roller 32
  • the proposed force measuring arrangement 12 is not only relevant for fiber-reinforced plastics.
  • the proposed control arrangement 10 is also highly relevant to this further teaching.
  • a device 3 according to one of the first two teaching for processing fiber-reinforced plastic, in particular carbon-fiber-reinforced plastic or glass-fiber-reinforced plastic, preferably for the production of aircraft structural components 2 or preforms for them, is proposed. Reference may be made to all statements relating to the proposed devices 3.
  • a method for controlling a device 3 according to one of the first two teaching is proposed. It is essential that the control arrangement 10 carries out the control routine. Reference may be made to all statements relating to the proposed devices 3 and their use.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen (2) oder Vorformlingen dafür, aufweisend mindestens zwei Funktionseinheiten (4), die Funktionseinheiten (4) umfassend zumindest eine Zuführeinheit (5) zum Zuführen einer Fasergelege-Bahn (6) und eine Verarbeitungseinheit (8) zur Verarbeitung der Fasergelege-Bahn (6), mit einem Primärantrieb (9) zum Antreiben der Fasergelege-Bahn (6), mit einer Steueranordnung (10) zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs (9). Es wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung (3) mindestens einen Sekundärantrieb (11) zum Antreiben der Fasergelege-Bahn (6) aufweist, dass die Vorrichtung (3) eine dem Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftmessanordnung (12) mit einem Kraftsensor (13) zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn (6) mittels der Steueranordnung (10) aufweist, dass die Steueranordnung (10) den Sekundärantrieb (11) in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis (14) zur Regelung des Sekundärantriebs (11) umfasst, dass die Steueranordnung (10) in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb (11) zugeordneten Kraftmessanordnung (12) gemessene Bahnspannung als Ist-Wert (15) dem Sekundärregelkreis (14) zuführt und basierend der Bahnspannung in dem des Sekundärregelkreis (14) eine Stellgröße (16) des Sekundärantriebs (11) ermittelt und einstellt.

Description

Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Vorrichtung zur Ver- arbeitung von Schichtaufbauten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13, eine Verwendung einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 14 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Vorrichtung gemäß Anspruch 15.
Die Verwendung von faserverstärkten Kunststoffen nimmt heutzutage stark zu. Dies gilt insbesondere für glasfaserverstärkte und kohlefaserverstärkte Kunststoffe, deren Verwendung aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach Leichtbaulösungen zunimmt. In besonderem Maße gilt dies für die Luft- und Raumfahrtindustrie sowie für die Automobilindustrie. Eine große Herausforderung stellt jedoch noch immer die automatisierte Fertigung von glasfaserverstärkten und kohlefaserverstärkten Bauteilen (GFK- und CFK-Bauteilen) dar. So hat eine manuelle Bearbeitung hier immer noch einen großen Anteil in der Produktion. Bei der bekannten Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff (DE 10 2014 002 950 A1), von der die Erfindung ausgeht, sind diverse Funktionsarbeiten zur Bearbeitung einer Bahn eines Fasergeleges aus faserverstärktem Kunststoff in einer Vorrichtung gebündelt. Die Bahn wird von einem Antrieb durch die Vorrichtung gefördert. Durch die Verwendung eines einzelnen Antriebs können Spannungen und schlimmstenfalls Verwerfungen in der Fasergelege-Bahn auftreten.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ihr Antriebskonzept verbessert wird, insbesondere um eine gleichmäßigere Förderung der Fasergelege-Bahn zu erreichen.
Das obige Problem wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 ge- löst. Wesentlich ist die grundsätzliche Überlegung, dass ein Sekundärantrieb neben dem Primärantrieb vorgesehen sein kann, der ebenfalls die Fasergelege-Bahn antreibt. Wird dieser Sekundärantrieb mit einem Kraftsensor kombiniert, kann eine Regelung des Sekundärantriebs umgesetzt werden, die eine stabile und gleichmäßige Förderung der Fasergelege-Bahn auch bei Abweichungen zwischen den Antrieben, wie sie beispielsweise durch manuelle Eingriffe in die Vorrichtung entstehen können, ermöglicht.
Im Einzelnen wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung mindestens einen Sekundärantrieb zum Antreiben der Fasergelege-Bahn aufweist, dass die Vorrichtung eine dem Sekundärantrieb zugeordnete Kraftmessanordnung mit einem Kraftsensor zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn mittels der Steueranordnung aufweist, dass die Steueranordnung den Sekundärantrieb in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis zur Regelung des Sekundärantriebs umfasst, dass die Steueranordnung in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb zugeordneten Kraftmessanordnung gemessene Bahnspannung als Ist-Wert dem Sekundärregelkreis zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreis eine Stellgröße, insbesondere die Drehzahl oder das Drehmoment, des Sekundärantriebs ermittelt und einstellt.
Bei einer Ausgestaltung gemäß Anspruch 2 sind dem Primärantrieb ebenfalls ein Kraftsensor und ein Regelkreis zugeordnet, womit auch der Primärantrieb geregelt wird.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 ist noch mindestens ein weiterer Sekundärantrieb vorgesehen, der ebenfalls geregelt ist. Damit kann die Bahnspannung der Fasergelege-Bahn über die Vorrichtung, insbesondere an kritischen Stellen der Verarbeitung der Fasergelege-Bahn, weiter optimiert werden.
Anspruch 4 gibt bevorzugt vorhandene Funktionseinheiten an. Die Ansprüche 5 und 6 geben bevorzugte Ausgestaltungen der Fasergelege-Bahn und ihrer Verarbeitung, insbesondere bezüglich des Verbindens von Schichten der Fasergelege-Bahn, an. Besonders bei Schichtaufbauten aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), deren Schichten während der Verarbeitung üblicherweise nur teilweise miteinander verbun- den sind, kann es bei Abweichungen in der Bahnspannung zu einem Ablösen der Schichten voneinander kommen. Dieses erfordert ein teures manuelles Nacharbeiten oder führt zu Ausschuss.
Bevorzugte Anordnungen der Antriebe sind Gegenstand von Anspruch 7. Anspruch 8 gibt bevorzugte Ausgestaltungen der Antriebe an, wobei in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung eine Antriebsrolle eines Antriebs einen Überzug aus einem elastischen Material, insbesondere einem Schaumstoffmaterial, aufweist, mittels dessen Dicke-Schwankungen der Fasergelege-Bahn sowohl in einer Förderrichtung als auch quer dazu ausgeglichen werden können. Auch dies führt zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Kräfte innerhalb der Fasergelege-Bahn.
Anspruch 9 betrifft die Anordnung des Kraftsensors zu dem zugeordneten Antrieb. Vorzugsweise ist der Kraftsensor dabei nah an dem Antrieb hinter dem Antrieb angeordnet.
Die Ansprüche 10 und 11 betreffen besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Kraftmessanordnung. Gemäß Anspruch 10 kann diese eine Umlenkrolle aufweisen, an der die Fasergelege-Bahn umgelenkt wird. Diese Umlenkrolle kann flexibel gelagert sein. Gemäß Anspruch 11 kann der Kraftsensor eine Auslenkung der Umlenkrolle messen, die abhängig von der Bahnspannung ist. Es ist dabei bevorzugt, dass nur ein einzelner Kraftsensor vorgesehen ist, der in etwa mittig an der Umlenkrolle angeordnet ist. Aufgrund der relativ hohen Stabilität, insbesondere bei kohlefaser- und glasfaserverstärktem Kunststoff, kann ein einziger Kraftsensor ausreichen, um den Antrieb zu regeln, ohne dass quer zur Förderrichtung der Fasergelege-Bahn größere Abweichungen auftreten würden.
Gemäß Anspruch 12 werden die Antriebe vorzugsweise in einer übergeordneten Synchronisierungsroutine miteinander synchronisiert, wodurch die Bahnspannung entlang der Vorrichtung einheitlich geregelt werden kann.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 13, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Schichtaufbauten beansprucht. Dabei wurde erkannt, dass die vorgeschlagene Kraftmessanordnung grundsätzlich auch bei anderen Werkstoffen Relevanz haben kann. Dabei kann die Vorrichtung im Übrigen im Wesentlichen ähnlich zu der Vorrichtung der ersten Lehre ausgestaltet sein. Auf alle Ausführungen zu der Vorrichtung der ersten Lehre darf verwiesen werden.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 14, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Verwendung einer Vorrichtung der ersten oder zweiten Lehre zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff beansprucht. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen darf verwiesen werden.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zur Steuerung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung beansprucht. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemä- ßen Vorrichtungen sowie deren Verwendung darf verwiesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Flugzeug mit Flugzugstrukturbauteilen, die vorschlagsgemäß hergestellt werden können,
Fig. 2 eine schematische Abbildung einer vorschlagsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3 schematisch ein mögliches Antriebskonzept der vorschlagsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 4 eine Kraftmessanordnung in einer perspektivischen Seitenansicht und Fig. 5 das vorschlagsgemäße Regelungskonzept als Regelkreis.
Die Fig. 1a) zeigt ein Flugzeug 1 mit Flugzeugstrukturbauteilen 2. In dem Ausbruch der Fig. 1a) sind beispielsweise Spanten 2a und Stringer 2b als solche Flugzeugstrukturbauteile 2 gezeigt. Heute werden diese Flugzeugstrukturbauteile 2 auch als faserverstärkte Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen hergestellt. Die in Fig. 2 dargestellte vorschlagsgemäße Vorrichtung 3 dient zur Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen. Die Vorrichtung 3 dient insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 wie Spanten 2a und Stringern 2b oder Vorformlingen dafür.
Die Vorrichtung 3 weist hier mindestens zwei Funktionseinheiten 4 auf. Eine dieser Funktionseinheiten 4 ist eine Zuführeinheit 5 zum Zuführen einer Fasergelege-Bahn 6. Die Fasergelege-Bahn 6 besteht hier und vorzugsweise aus einem mit thermoplastischem Pulver behinderten Fasermaterial und damit aus einem Faser-Matrix-Halbzeug, welches auch als Prepreg bezeichnet wird. Die Fasergelege-Bahn 6 besteht hier und vorzugsweise aus mehreren Schichten.
Wie in Fig. 2 dargestellt, kann vorgesehen sein, dass diese Schichten in der Zuführeinheit 5 erst zu der Fasergelege-Bahn 6 übereinander gelegt werden. In diesem Fall werden vier Schichten von den dargestellten Vorrats-Rollen 7 zu der Fasergelege-Bahn 6 übereinandergelegt. Alternativ kann die Fasergelege- Bahn 6 jedoch auch schon vorgefertigt sein und beispielsweise von einer einzigen Vorrats-Rolle 7 oder einer anderen Vorrichtung zugeführt werden.
Die Funktionseinheiten 4 umfassen weiterhin eine Verarbeitungseinheit 8 zur Verarbeitung der Fasergelege-Bahn 6. Beispiele für eine derartige Verarbeitungseinheit 8 werden im Folgenden noch genannt. Wichtig ist hier jedoch, dass diese Verarbeitungseinheit 8 auf die Fasergelege-Bahn 6 einwirkt, die sich von der Zuführeinheit 5 bis zu der Verarbeitungseinheit 8 erstreckt. Die Fasergelege-Bahn 6 kann im weiteren Verlauf der Vorrichtung 3 noch geschnitten werden, die geschnittenen Teile der Fasergelege-Bahn 6 sind dann jedoch nicht mehr Teil der Fasergelege-Bahn 6. Die Fasergelege-Bahn 6 ist also entlang einer Förderrichtung F der Vorrichtung 3 einstückig.
Die Vorrichtung 3 weist einen Primärantrieb 9 zum Antreiben der Fasergelege- Bahn 6 auf. Mittels dieses Primärantriebs 9 wird die Fasergelege-Bahn 6 durch die Vorrichtung 3 gezogen und/oder gedrückt.
Die Vorrichtung 3 weist weiterhin eine Steueranordnung 10 zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs 9 auf. Wesentlich ist nun, dass die Vorrichtung 3 mindestens einen Sekundärantrieb 11 zum Antreiben der Fasergelege-Bahn 6 aufweist. In Fig. 2 ist der Sekundärantrieb 11 in Förderrichtung vor dem Primärantrieb 9 dargestellt, die Reihenfolge ist jedoch prinzipiell beliebig.
Wesentlich ist weiterhin, dass die Vorrichtung 3 eine dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweist. Grundsätzlich kann es sich bei dem Kraftsensor 13 um einen beliebigen Kraftsensor 13 handeln. Die bevorzugte Ausgestaltung der Kraftmessanordnung 12 wird im Folgenden noch erläutert. Dieser misst hier und vorzugsweise eine Kraft FB, die abhängig von der Bahnspannung ist.
Ebenfalls wesentlich ist, dass die Steueranordnung 10 den Sekundärantrieb 11 in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung eine Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt. Der Begriff „Bahnspannung“ ist hier weit auszulegen, sodass auch eine Kraft FB, die abhängig von der Bahnspannung ist, umfasst ist. Die Bahnspannung muss nicht im engen Sinne tatsächlich berechnet oder ermittelt werden.
Der Sekundärregelkreis 14 ist in Fig. 5 dargestellt. Der Sekundärregelkreis 14 kann dabei wie folgt aufgebaut sein. Es wird, von links in Fig. 5, hier und vorzugsweise eine Führungsgröße 17 vorgegeben, die aus einer übergeordneten Drehzahlregelung und/oder einer Benutzervorgabe stammen kann. Hinter dem noch zu erläuternden Summationspunkt wird die Regelabweichung in einen Regler 18 eingespeist, der daraus eine Stellgröße 16 erzeugt. Mittels dieser Stellgröße 16 wird hier und vorzugsweise der Sekundärantrieb 11 angesteuert. Hier und vorzugsweise ist diese Stellgröße 16 der Motorstrom des Sekundärantriebs 11. In dem Regelkreis 14 folgt dann physikalisch der elektrische Teil 19 des Sekundärantriebs 11, der den Motorstrom in ein Drehmoment umsetzt. Dieses Drehmoment wird durch einen mechanischen Teil 20 des Sekundäran- triebs 11 auf die Fasergelege-Bahn 6 appliziert. Der rückführende Zweig des Sekundärregelkreises 14 wird durch die Messung des Ist-Wertes 15 von der Kraftmessanordnung 12 initiiert. Die Bahnspannung als Ist-Wert 15 wird dann in einem weiteren Regler 21 umgerechnet und in dem Summationspunkt von der Führungsgröße 17 abgezogen.
Hier und vorzugsweise wird über den Sekundärantrieb 11 die Bahnspannung geregelt. Die Stellgröße 16 des Sekundärregelkreises 14 und/oder des Sekundärantriebs 11 ist hier und vorzugsweise der Motorstrom oder das Drehmoment. Alternativ kann das Drehmoment oder die Drehzahl des Sekundärantriebs 11 geregelt werden. In diesem Fall ist also vorgesehen, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung als Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 dessen Drehmoment oder Drehzahl ermittelt und einstellt.
Selbstverständlich sind auch weitere Verzweigungen des Sekundärregelkreises 14, Beobachter und dergleichen möglich.
Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Steueranordnung 10 kann, anders als dargestellt, auch eine mehrteilige Steueranordnung 10 sein. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass der Primärantrieb 9 und der Sekundärantrieb 11 jeweils eine eigene Steueranordnung aufweisen, die nicht miteinander kommunizieren müssen. Dennoch werden sie hier zu der Steueranordnung 10 zusammengefasst. Vorzugsweise ist eine Gesamtsteuerung beispielsweise in einem Computer vorgesehen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 3 eine weitere, dem Primärantrieb 9 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweist. Die Kraftmessanordnung 12, die dem Primärantrieb 9 zugeordnet ist, ist dabei hier und vorzugsweise im Wesentlichen gleich zur Kraftmessanordnung 12, die dem Sekundärantrieb 11 zugeordnet ist, ausgestaltet. Alle Ausführungen zu der Kraftmessanordnung 12, die dem Sekundärantrieb 11 zugeordnet ist, können auch für diese und alle weiteren noch zu erwähnenden Kraftmessanordnungen 12 gelten.
Es kann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung 10 den Primärantrieb 9 in der Regelroutine ansteuert und dass die Regelroutine einen Primärregelkreis 22 zur Regelung des Primärantriebs 9 umfasst. Hier und vorzugsweise gelten alle Ausführungen zum Sekundärregelkreis 14 ebenso für den Primärregelkreis 22. Aus diesem Grund steht der in Fig. 5 gezeigte Regelkreis stellvertretend für den Primärregelkreis 22, den Sekundärregelkreis 14 und alle weiteren noch zu erwähnenden Regelkreise.
Entsprechend ist es hier und vorzugsweise so, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Primärantrieb 9 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Primärregelkreis 22 zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Primärregelkreis 22 eine Stellgröße 16 des Primärantriebs 9 ermittelt und einstellt. Hier und vorzugsweise ist sogar vorgesehen, dass der Primärantrieb 9 und der Sekundärantrieb 11 im Wesentlichen identisch sind und entsprechend hierarchisch nebeneinander stehen.
Hier und vorzugsweise weist die Vorrichtung 3 mindestens einen weiteren Sekundärantrieb 11 auf. Die Vorrichtung 3 kann eine weitere, dem weiteren Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn 6 mittels der Steueranordnung 10 aufweisen. Es kann dann vorgesehen sein, dass die Steueranordnung 10 den weiteren Sekundärantrieb 11 in der Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen weiteren Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des weiteren Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem weiteren Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem weiteren Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem weiteren Sekundärregelkreis 14 eine Stellgröße 16 des weiteren Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt. Alle Ausführungen zu dem ersten Sekundärantrieb 11, der zugeordneten Kraftmessanordnung 12 und dem Sekundärregelkreis 14 gelten hier entsprechend. Vorzugsweise weist die Vorrichtung 3 zwei weitere Sekundärantriebe 11, vorzugsweise drei weitere Sekundäran- triebe 11 , noch weiter vorzugsweise vier weitere Sekundärantriebe 11 und/oder mindestens zwei weitere Sekundärantriebe 11 auf.
Mit Blick auf Fig. 2 können die folgenden Funktionseinheiten 4 vorgesehen sein. Hier und vorzugsweise ist eine Kompaktierungseinheit 23 zum Zusammenpressen der Fasergelege-Bahn 6 vorgesehen. Diese dient hier und vorzugsweise dazu, die Schichten der Fasergelege-Bahn 6 miteinander zu ver- pressen. Hier und vorzugsweise umfassen die Funktionseinheiten 4 weiterhin eine Heizeinheit 24 zum Erhitzen, insbesondere zum Verkleben, der Faserge- lege-Bahn 6. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Bindemittel der Fasergele- ge-Bahn 6 bereits in dieser enthalten ist oder in der Vorrichtung 3 appliziert wird. Hier und vorzugsweise ist eine Heizeinheit 24 in Förderrichtung hinter einer Kompaktierungseinheit 23 angeordnet.
Hier und vorzugsweise umfassen die Funktionseinheiten 4 eine Quer- Umformungseinheit 25 zum Umformen der Fasergelege-Bahn 6 in eine Richtung quer zur Förderrichtung F. Eine derartige Quer-Umformungseinheit 25 dient beispielsweise zum Erstellen von T-Profilen und U-Profilen. Entsprechend dient die Vorrichtung 3 hier und vorzugsweise zum Herstellen von T-Profilen und/oder U-Profilen. Hier und vorzugsweise sind daher die herstellbaren Vorformlinge T-Profile und/oder U-Profile.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten 4 eine Schneideinheit 26 zum Schneiden der Fasergelege-Bahn 6 umfassen. Nach der Schneideinheit 26 endet die Fasergelege-Bahn 6. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Funktionseinheiten 4 eine Längs-Umformungseinheit 27 umfassen, die zum Umformen der Fasergelege-Bahn 6 oder, wie in Fig. 2 dargestellt, Stücken 28 der Fasergelege-Bahn 6 in eine Richtung entlang der Förderrichtung F dienen.
Hier und vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Fasergelege-Bahn 6 ein Schichtaufbau aus mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten aus faserverstärktem Kunststoff ist. Der faserverstärkte Kunststoff ist hier und vorzugsweise ein kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder ein glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK). Wie ebenfalls in Fig. 2 dargestellt, umfassen die Funktionseinheiten 4 hier und vorzugsweise eine erste Heizeinheit 29 für ein erstes, insbesondere teilweises, Verkleben der Schichten miteinander. Dieses teilweise Verkleben ist hier und vorzugsweise ein Verkleben der Ränder entlang der Förderrichtung F. Die Funktionseinheiten 4 können eine zweite Heizeinheit 30 für ein zweites, insbesondere vollständiges, Verkleben der Schichten miteinander umfassen. In diesem Fall ist die zweite Heizeinheit 30 vorzugsweise am Ende der Vorrichtung 3 angeordnet und verklebt dort die längsumgeformten Stücke 28 der Fasergelege-Bahn 6. Hier und vorzugsweise entsteht dadurch ein Vorformling.
Wie bereits erwähnt, weist die Vorrichtung 3 eine Förderrichtung F der Faser- gelege-Bahn 6 auf. Hier und vorzugsweise ist die zweite Heizeinheit 30 in Förderrichtung F hinter der ersten Heizeinheit 29 angeordnet. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Primärantrieb 9 und/oder mindestens ein Sekundärantrieb 11 , entlang der Förderrichtung F, zwischen der ersten und der zweiten Heizeinheit 29, 30 angeordnet ist.
Die Anordnung der Antriebe 9, 11 in der Vorrichtung 3 ist vorzugsweise derart getroffen, dass zwischen dem Primärantrieb 9 und dem Sekundärantrieb 11 zumindest eine Funktionseinheit 4 hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Sekundärantrieb 11 und dem weiteren Sekundärantrieb 11 zumindest eine Funktionseinheit 4, hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen den Antrieben 9, 11 jeweils zumindest eine Funktionseinheit 4, hier und vorzugsweise eine Verarbeitungseinheit 8, angeordnet. Entsprechend können die Antriebe 9, 11 an kritischen Stellen innerhalb der Vorrichtung 3 platziert werden.
Der Aufbau der Antriebe 9, 11 kann schematisch der Figur 3 entnommen werden. Hier und vorzugsweise weist der Primärantrieb 9 und/oder der Sekundärantrieb 11 und/oder der jeweilige weitere Sekundärantrieb 11 eine Antriebsrolle 31 zum Antreiben der Fasergelege-Bahn 6 auf. Die Antriebsrolle 31 kann eine Zugkraft und/oder eine Druckkraft auf die Fasergelege-Bahn 6 ausüben. Sie überträgt hier und vorzugsweise das Drehmoment von dem jeweiligen Antrieb 9, 11 auf die Fasergelege-Bahn 6. Es ist besonders bevorzugt so, dass die Antriebsrolle 31 einen Überzug oder eine Oberfläche aus einem elastischen Mate- rial, insbesondere einem Schaumstoffmaterial oder einem Moosgummi oder einem Gummi oder Silikon oder Polyurethan, aufweist. Schichtmaterialien und insbesondere faserverstärkte Kunststoffmaterialien, dabei ganz besonders die, die noch nicht vollständig verklebt sind, können Schwankungen in ihrer Dicke aufweisen. Mittels des elastischen Materials können diese einfach ausgeglichen werden.
Mit Blick auf Fig. 4 wird nun die bevorzugte Ausführungsform der Kraftmessanordnung 12 erläutert. Hier und vorzugsweise ist der Kraftsensor 13 in Förderrichtung F hinter dem zugeordneten Antrieb 9, 11 angeordnet. Dies betrifft hier und vorzugsweise den dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftsensor 13 und/oder den dem Primärantrieb 9 zugeordneten Kraftsensor 13 und/oder alle Kraftsensoren 13 der vorschlagsgemäßen Antriebe 9, 11. Zusätzlich oder alternativ ist der entsprechende Kraftsensor 13 hier und vorzugsweise, vorzugsweise der dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftsensor 13 und/oder der jeweilige Kraftsensor 13, vor der in Förderrichtung F auf den zugeordneten Antrieb 9, 11, insbesondere dem Sekundärantrieb 11 , folgenden Funktionseinheit 4 angeordnet. In einer nicht gezeigten, jedoch ebenso bevorzugten Ausführungsform ist der Kraftsensor 13 in Förderrichtung F vor dem jeweiligen zugeordneten Antrieb 9,11 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist der entsprechende Kraftsensor 13, vorzugsweise der dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftsensor 13 und/oder der jeweilige Kraftsensor 13, hier und vorzugsweise dann hinter der in Förderrichtung F vor dem zugeordneten Antrieb 9, 11, insbesondere dem Sekundärantrieb 11 , angeordneten Funktionseinheit 4 angeordnet.
Der Betriff „Kraftsensor“ ist dabei weit auszulegen. Er kann auch mehrere Sensoren im engeren Sinne umfassen, wichtig ist, dass der Kraftsensor 13, wie dargestellt, an einer Stelle die Kraft misst. Mit einem Kraftsensor 13 können also nicht an mehreren voneinander beabstandeten Stellen Kraftwerte gemessen werden. Der Kraftsensor 13 umfasst hier und vorzugsweise ein oder mehrere Piezoelemente.
Die Kraftmessanordnung 12 weist hier und vorzugsweise eine Umlenkrolle 32 auf, an der die Fasergelege-Bahn 6 umgelenkt wird. Die maximale Umlenkung der Fasergelege-Bahn 6 beträgt, insbesondere bei einem Schichtaufbau, vor- zugsweise weniger als 90 Grad, weiter vorzugsweise weniger als 60 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 45 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 30 Grad, noch weiter vorzugsweise weniger als 20 Grad. Es hat sich herausgestellt, dass starkes Umlenken zu einem Ablösen der Schichten voneinander führen kann.
Die Umlenkrolle 32 ist hier und vorzugsweise flexibel gelagert. Hier und vorzugsweise ist die Umlenkrolle 32 schwenkbar gelagert. Die Umlenkrolle 32 ist dabei derart flexibel gelagert, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle 32 abhängig von der Bahnspannung ist. Diese Auslenkung ist dabei jedoch vorzugsweise kleiner als 1 cm, weiter vorzugsweise kleiner als 1 mm.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Umlenkrolle 32 hier und vorzugsweise an zwei Seiten quer zur Förderrichtung F gelagert, insbesondere mittels jeweils eines Hebelarms 33, der jeweils schwenkbar an der Vorrichtung 3 im Übrigen gelagert ist.
Hier und vorzugsweise ist es so, dass die Umlenkrolle 32 an den zwei Seiten quer zur Förderrichtung F flexibel gelagert ist und daher an beiden Seiten unabhängig voneinander auslenkbar ist. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich, ist diese Unabhängigkeit dabei aufgrund der starren Umlenkrolle 32 nur im kleinen Maßstab gegeben.
Hier und vorzugsweise misst der Kraftsensor 13 die Auslenkung der Umlenkrolle 32. Vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 auf einer der Fasergelege-Bahn 6 abgewandten Seite an der Umlenkrolle 32 an. Alternativ kann die Fasergelege- Bahn 6 zwischen der Umlenkrolle 32 und dem Kraftsensor 13 angeordnet sein.
Der Kraftsensor greift dabei, wie dargestellt, hier und vorzugsweise nicht direkt an der Umlenkrolle 32 an, sondern über eine Andruckrolle 32a.
Hier und vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 quer zur Förderrichtung F in einem Bereich zwischen 20% und 80% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F an. Weiter vorzugsweise greift der Kraftsensor 13 in einem Bereich zwischen 30% und 70% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F, noch weiter vorzugsweise zwischen 40% und 60% der Erstreckung der Umlenkrolle 32 quer zur Förderrichtung F, an. Hier und vorzugsweise weist die Kraftmessanordnung 12 genau einen derartigen Kraftsensor 13 auf, der entsprechend ausreichen kann, um die Bahnspannung mit ausreichender Genauigkeit zu messen. Diese Variante wird bevorzugt, da insbesondere bei den faserverstärkten, vorzugsweise kohlefaserverstärkten, Kunststoffen in Richtung quer zur Förderrichtung F eine hohe Steifigkeit gegeben ist. Ganz besonders gilt dies, wenn die Ränder der Schichten bereits miteinander verbunden sind. Hier und vorzugsweise greift dieser eine Kraftsensor 13 im Wesentlichen mittig an der Umlenkrolle 32 an.
Zur Steuerung der Vorrichtung 3 ist hier und vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerungsanordnung 10 die Antriebe 9, 11 in einer übergeordneten Synchronisierungsroutine synchronisiert. Vorzugsweise werden dabei die Führungsgrößen 17 der Regelkreise 14, 22 in der Synchronisierungsroutine synchronisiert. Dadurch kann eine homogene Steuerung oder Regelung der Bahnspannung erreicht werden.
Gemäß einerweiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird eine Vorrichtung 3 zur Verarbeitung von Schichtaufbauten, insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 oder Vorformlingen dafür, vorgeschlagen. Diese Schichtaufbauten können dabei prinzipiell beliebige Materialien umfassen. Hier und vorzugsweise sind die Materialien Leichtbaumaterialien.
Diese Vorrichtung 3 kann dabei teilweise oder vollständig wie die zuvor beschriebene Vorrichtung 3 ausgestaltet sein. Auch diese Vorrichtung 3 weist mindestens zwei Funktionseinheiten 4, die Funktionseinheiten 4 umfassen zumindest eine Zuführeinheit 5 zum Zuführen einer Schicht-Bahn und eine Verarbeitungseinheit 8 zur Verarbeitung der Schicht-Bahn, auf. Weiterhin weist die Vorrichtung 3 einen Primärantrieb 9 zum Antreiben der Schicht-Bahn und eine Steueranordnung 10 zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs 9 auf. Die Schicht-Bahn besteht aus mindestens zwei Materialschichten und bildet somit einen Schichtaufbau. Insbesondere besteht sie aus zwei Schichten eines Leichtbaumaterials, vorzugsweise glasfaserverstärktem Kunststoff oder kohlefaserverstärktem Kunststoff. Wesentlich bei dieser weiteren Vorrichtung 3 ist, dass die Vorrichtung 3 mindestens einen Sekundärantrieb 11 zum Antreiben der Schicht-Bahn aufweist, dass die Vorrichtung 3 eine dem Sekundärantrieb 11 zugeordnete Kraftmessanordnung 12 mit einem Kraftsensor 13 zur Messung einer Bahnspannung der Schicht-Bahn mittels der Steueranordnung 10 aufweist, dass die Steueranordnung 10 den Sekundärantrieb 11 in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis 14 zur Regelung des Sekundärantriebs 11 umfasst, dass die Steueranordnung 10 in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb 11 zugeordneten Kraftmessanordnung 12 gemessene Bahnspannung als Ist-Wert 15 dem Sekundärregelkreis 14 zuführt und basierend der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreises 14 eine Stellgröße 16 des Sekundärantriebs 11 ermittelt und einstellt, dass die Kraftmessanordnung 12 eine Umlenkrolle 32 aufweist, an der die Schicht-Bahn umgelenkt wird, dass die Umlenkrolle 32 flexibel gelagert ist, derart, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle 32 abhängig von der Bahnspannung ist und dass der Kraftsensor 13 die Auslenkung der Umlenkrolle 32 misst
Auf alle Ausführungen zu der vorschlagsgemäßen Vorrichtung 3 der ersten Lehre darf verwiesen werden.
Es wurde dabei erkannt, dass die vorschlagsgemäße Kraftmessanordnung 12 nicht nur für faserverstärkte Kunststoffe relevant ist. Auch die vorschlagsgemäße Steuerungsanordnung 10 besitzt bei dieser weiteren Lehre hohe Relevanz.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird die Verwendung einer Vorrichtung 3 nach einer der ersten beiden Lehren zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen 2 oder Vorformlingen dafür, vorgeschlagen. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen 3 darf verwiesen werden.
Nach einer weiteren Lehre, der ebenfalls eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung 3 nach einer der ersten beiden Lehren vorgeschlagen. Wesentlich ist dabei, dass die Steueranordnung 10 die Regelroutine durchführt. Auf alle Ausführungen zu den vorschlagsgemäßen Vorrichtungen 3 und ihrer Verwendung darf verwiesen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen (2) oder Vorformlingen dafür, aufweisend mindestens zwei Funktionseinheiten (4), die Funktionseinheiten (4) umfassend zumindest eine Zuführeinheit (5) zum Zuführen einer Fasergelege- Bahn (6) und eine Verarbeitungseinheit (8) zur Verarbeitung der Fasergelege- Bahn (6), mit einem Primärantrieb (9) zum Antreiben der Fasergelege-Bahn (6), mit einer Steueranordnung (10) zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) mindestens einen Sekundärantrieb (11) zum Antreiben der Fasergelege-Bahn (6) aufweist, dass die Vorrichtung (3) eine dem Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftmessanordnung (12) mit einem Kraftsensor (13) zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn (6) mittels der Steueranordnung (10) aufweist, dass die Steueranordnung (10) den Sekundärantrieb (11) in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis (14) zur Regelung des Sekundärantriebs (11) umfasst, dass die Steueranordnung (10) in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb (11) zugeordneten Kraftmessanordnung (12) gemessene Bahnspannung als Ist-Wert (15) dem Sekundärregelkreis (14) zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreis (14) eine Stellgröße (16) des Sekundärantriebs (11) ermittelt und einstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) eine weitere, dem Primärantrieb (9) zugeordnete Kraftmessanordnung (12) mit einem Kraftsensor (13) zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege- Bahn (6) mittels der Steueranordnung (10) aufweist, dass die Steueranordnung (10) den Primärantrieb (9) in der Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Primärregelkreis (22) zur Regelung des Primärantriebs (9) umfasst, dass die Steueranordnung (10) in der Regelroutine die von der dem Primärantrieb (9) zugeordneten Kraftmessanordnung (12) gemessene Bahnspannung als Ist- Wert (15) dem Primärregelkreis (22) zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Primärregelkreis (22) eine Stellgröße (16) des Primärantriebs (9) ermittelt und einstellt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) mindestens einen weiteren Sekundärantrieb (11) aufweist, dass die Vorrichtung (3) eine weitere, dem weiteren Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftmessanordnung (12) mit einem Kraftsensor (13) zur Messung einer Bahnspannung der Fasergelege-Bahn (6) mittels der Steueranordnung (10) aufweist, dass die Steueranordnung (10) den weiteren Sekundärantrieb (11) in der Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen weiteren Sekundärregelkreis (14) zur Regelung des weiteren Sekundärantriebs (11) umfasst, dass die Steueranordnung (10) in der Regelroutine die von der dem weiteren Sekundärantrieb (11) zugeordneten Kraftmessanordnung (12) gemessene Bahnspannung als Ist-Wert (15) dem weiteren Sekundärregelkreis (14) zuführt und basierend der Bahnspannung in dem weiteren Sekundärregelkreis (14) eine Stellgröße (16) des weiteren Sekundärantriebs (11) ermittelt und einstellt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheiten (4) eine Kompaktierungseinheit (23) zum Zusammenpressen der Fasergelege-Bahn (6) umfassen, und/oder, dass die Funktionseinheiten (4) eine Heizeinheit (24) zum Erhitzen, insbesondere zum Verkleben, der Fasergelege-Bahn (6) umfassen, und/oder, dass die Funktionseinheiten (4) eine Quer-Umformungseinheit (25) zum Umformen der Fasergelege-Bahn (6) in eine Richtung quer zu einer Förderrichtung (F) umfassen, und/oder, dass die Funktionseinheiten (4) eine Schneideinheit (26) zum Schneiden der Fasergelege-Bahn (6) umfassen, und/oder, dass die Funktionseinheiten (4) eine Längs-Umformungseinheit (27) zum Umformen der Fasergelege-Bahn (6) oder Stücken der Fasergelege-Bahn (6) in eine Richtung entlang der Förderrichtung (F) umfassen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasergelege-Bahn (6) ein Schichtaufbau aus mindestens zwei übereinander angeordneten Schichten aus faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff, ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheiten (4) eine erste Heizeinheit (29) für ein erstes, insbesondere teilweises, Verkleben der Schichten miteinander umfassen, dass die Funktionseinheiten (4) eine zweite Heizeinheit (30) für ein zweites, insbesondere vollständiges, Verkleben der Schichten miteinander umfassen, dass die zweite Heizeinheit (30) in Förderrichtung (F) hinter der ersten Heizeinheit (29) angeordnet ist, vorzugsweise, dass der Primärantrieb (9) und/oder mindestens ein Sekundärantrieb (11) zwischen der ersten und der zweiten Heizeinheit (29, 30) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Primärantrieb (9) und dem Sekundärantrieb (11) zumindest eine Funktionseinheit (4) angeordnet ist, und/oder, dass zwischen dem Sekundärantrieb (11) und dem weiteren Sekundärantrieb (11) zumindest eine Funktionseinheit (4) angeordnet ist, vorzugsweise, dass zwischen den Antrieben (9, 11) jeweils zumindest eine Funktionseinheit (4) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärantrieb (9) und/oder der Sekundärantrieb (11) und/oder der jeweilige weitere Sekundärantrieb (11) eine Antriebsrolle (31) zum Antreiben der Fasergelege-Bahn (6) aufweist, dass die Antriebsrolle (31) eine Zugkraft und/oder Druckkraft auf die Fasergelege-Bahn (6) ausübt, vorzugsweise, dass die Antriebsrolle (31) einen Überzug oder eine Oberfläche aus einem elastischen Material, insbesondere einem Schaumstoffmaterial, aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (13), vorzugsweise der dem Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftsensor (13) und/oder der jeweilige Kraftsensor (13), in Förderrichtung (F) vor oder hinter dem zugeordneten Antrieb (9, 11), insbesondere dem Sekundärantrieb (11), angeordnet ist, und/oder, dass der Kraftsensor (13), vorzugsweise der dem Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftsensor (13) und/oder der jeweilige Kraftsensor (13), vor der in Förderrichtung (F) auf den zugeordneten Antrieb (9, 11 ), insbesondere den Sekundärantrieb (11 ), folgenden Funktionseinheit (4) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmessanordnung (12) eine Umlenkrolle (32) aufweist, an der die Fasergelege-Bahn (6) umgelenkt wird, vorzugsweise, dass die Umlenk- rolle (32) flexibel, insbesondere schwenkbar, gelagert ist, derart, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle (32) abhängig von der Bahnspannung ist, weiter vorzugsweise, dass die Umlenkrolle (32) an zwei Seiten quer zur Förderrichtung (F) flexibel gelagert ist und an beiden Seiten unabhängig voneinander auslenkbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (13) die Auslenkung der Umlenkrolle (32) misst, vorzugsweise, dass der Kraftsensor (13) auf einer der Fasergelege-Bahn (6) abgewandten Seite an der Umlenkrolle (32) angreift, und/oder, dass der Kraftsensor (13) in einem Bereich zwischen 20% und 80% der Erstreckung der Umlenkrolle (32) quer zur Förderrichtung (F) angreift, weiter vorzugsweise zwischen 30% und 70% der Erstreckung der Umlenkrolle (32) quer zur Förderrichtung (F), noch weiter vorzugsweise zwischen 40% und 60% der Erstreckung der Umlenkrolle (32) quer zur Förderrichtung (F), vorzugsweise, dass die Kraftmessanordnung (12) genau einen Kraftsensor (13) aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsanordnung (10) die Antriebe (9, 11) in einer übergeordneten Synchronisierungsroutine synchronisiert, vorzugsweise, dass Führungsgrößen (17) der Regelkreise (14, 22) in der Synchronisierungsroutine synchronisiert werden.
13. Vorrichtung zur Verarbeitung von Schichtaufbauten, insbesondere zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen (2) oder Vorformlingen dafür, aufweisend mindestens zwei Funktionseinheiten (4), die Funktionseinheiten (4) umfassend zumindest eine Zuführeinheit (5) zum Zuführen einer Schicht-Bahn und eine Verarbeitungseinheit (8) zur Verarbeitung der Schicht-Bahn, mit einem Primärantrieb (9) zum Antreiben der Schicht-Bahn, mit einer Steueranordnung (10) zur Steuerung oder Regelung des Primärantriebs (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (3) mindestens einen Sekundärantrieb (11 ) zum Antreiben der Schicht-Bahn aufweist, dass die Vorrichtung (3) eine dem Sekundärantrieb (11) zugeordnete Kraftmessanordnung (12) mit einem Kraftsensor (13) zur Messung einer Bahnspannung der Schicht-Bahn mittels der Steueranordnung (10) aufweist, dass die Steueranordnung (10) den Sekundärantrieb (11) in einer Regelroutine ansteuert, dass die Regelroutine einen Sekundärregelkreis (14) zur Regelung des Sekundärantriebs (11) umfasst, dass die Steueranordnung (10) in der Regelroutine die von der dem Sekundärantrieb (11) zugeordneten Kraftmessan ordnung (12) gemessene Bahnspannung als Ist-Wert (15) dem Sekundärregelkreis (14) zuführt und basierend auf der Bahnspannung in dem Sekundärregelkreis (14) eine Stellgröße (16) des Sekundärantriebs (11) ermittelt und einstellt, dass die Kraftmessanordnung (12) eine Umlenkrolle (32) aufweist, an der die Schicht-Bahn umgelenkt wird, dass die Umlenkrolle (32) flexibel gelagert ist, derart, dass eine Auslenkung der Umlenkrolle (32) abhängig von der Bahnspannung ist und dass der Kraftsensor (13) die Auslenkung der Umlenkrolle (32) misst.
14. Verwendung einer Vorrichtung (3) nach einer der vorhergehenden Ansprüche zur Verarbeitung von faserverstärktem Kunststoff, insbesondere kohlefaserverstärktem Kunststoff oder glasfaserverstärktem Kunststoff, vorzugsweise zur Herstellung von Flugzeugstrukturbauteilen (2) oder Vorformlingen dafür.
15. Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranordnung (10) die Regelroutine durchführt.
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