DE10145308C1 - Verfahren zum gewichtsgenauen Zusammenstellen von Harzmattenstapeln für die Herstellung von SMC-Teilen - Google Patents
Verfahren zum gewichtsgenauen Zusammenstellen von Harzmattenstapeln für die Herstellung von SMC-TeilenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von SMC-Teilen aus einer abgestimmten Menge eines faserhaltigen reaktionsfähigen Kunstharzes, welches in Form von definierten Zuschnitteilen von Harzmatten bereitgestellt wird. Die Harzmatten werden lagedifiniert in ein beheiztes Formwerkzeug einer Formpresse eingelegt, die erwärmte Harz/Faser-Masse in dem sich schließenden Formwerkzeug zu dem SMC-Teil fließgepreßt, dieses thermisch ausgehärtet und anschließend dem Formwerkzeug entnommen. Um trotz schwankenden Flächengewichts der Harzmatten für alle Fertigungszyklen ein stets gleichbleibendes Gewicht der Harzmattenstapel mit hoher Genauigkeit einhalten zu können, wird beim Einwiegen der Zuschnitteile erfindungsgemäß ein Referenz-Zuschnitteil mit einer stets gleichbleibenden Form und Größe zugeschnitten und jeweils für sich gewogen. Aus Gewicht und Größe des Referenz-Zuschnitteils sowie aus dem anzustrebenden Gesamtgewicht des Harzmattenstapels wird rechnerisch die flächenmäßige Größe von Korrekturteilen ermittelt, die geschnitten werden müssen, um gezielt und genau auf das Sollgewicht der einzubringenden Harzmasse zu kommen. Es werden zwei verschiedene Lösungswege beschritten, wobei der eine für eine mehrlagige und der andere für eine einlagige Einbringung der Harzmasse in das Formwerkzeug gedacht ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von SMC-
Teilen aus faserhaltigen, reaktionsfähigen Harzmatten nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff von
Anspruch 2, wie beide beispielsweise aus dem Beitrag von R.
Brüssel und U. Weber "SMC-Teile vollautomatisch herstellen",
veröffentlicht in der Zeitschrift Kunststoffe, Jahrgang 79
(1989), Seiten 1149-1154 - nachfolgend kurz mit [1] zitiert
- als bekannt hervorgehen.
Nach der Literaturstelle [1] wird bei der Fertigung von SMC-
Teilen von einer bestimmten Menge eines Gemisches von reak
tionsfähigem duroplastischem Kunstharz und Fasern ausgegan
gen, die gewichtsmäßig auf das fertige Bauteil abgestimmt
ist. Und zwar wird die abgestimmte Rohstoffmenge durch Aus
schneiden von Zuschnitteilen bestimmter Größe und Form aus
einer in Rollenform angelieferten Fasermattenbahn (Prepreg-
Bahn) und durch Zusammenlegen der Zuschnitteile zu einem
Mattenstapel gewonnen. Ein solcher Mattenstapel wird lagege
nau in ein geöffnetes Formwerkzeug einer Presse eingelegt.
Das Formwerkzeug ist auf eine Temperatur beheizt, bei der
das reaktionsfähige Kunstharz chemisch reagiert und abbin
det. Durch anfänglich langsames Schließen des in der Presse
befindlichen Formwerkzeuges wird der eingebrachte Rohstoff
zunächst lediglich erwärmt, wodurch das Kunstharz weich und
fließfähig wird. Anschließend wird das Formwerkzeug unter
kontrollierter Kraft und Geschwindigkeit geschlossen, wobei
der erweichte Rohstoff seitlich wegfließt und dabei die Ka
vität des Formwerkzeuges vollständig ausfüllt. Nach diesem
Ausfüllen der Gravur wird das Formwerkzeug noch eine Zeit
lang mit definierter Kraft geschlossen gehalten, so daß das
Kunstharz vollständig ausreagieren und aushärten kann. Erst
dann kann das Formwerkzeug geöffnet und das fertige SMC-Teil
daraus entnommen werden.
In dem eingangs zitierten Beitrag [1] wird u. a. auf ein
schwankendes Flächengewicht der Harzmatten hingewiesen.
Trotz aller Bemühungen der Harzmatten-Hersteller könnten
nach [1] auch heute noch nicht die Harzmattenbahnen mit hin
reichender Genauigkeit im Flächengewicht hergestellt werden.
Deshalb muß vorbereitend für jeden Herstellungsgang eines
SMC-Teiles dafür gesorgt werden, daß die in das Formwerkzeug
eingebrachte Masse an Harzmatten zumindest innerhalb eines
bestimmten Toleranzspielraumes stets gleichgroß ist. Je hö
her die Qualitätsanforderungen an das fertige Erzeugnis
sind, um so weniger darf die eingebrachte Harzmasse um einen
Sollwert streuen. In [1] wird erwähnt, daß das Problem des
schwankenden Flächengewichts der Harzmattenbahn und das dar
aus folgende Problem der genauen Dosierung der Rohmasse da
durch entschärft werden könne, wenn die Qualitätsanforderun
gen an das fertige SMC-Preßteil reduziert werden könnten.
Wenn es sich jedoch bei den herzustellenden SMC-Bauteilen um
dünnwandige Schalenbauteile mit hohen Qualitätsansprüchen
handelt, sollte die Masse des einzufüllenden Rohstoffs nach
Möglichkeit mit einer geringen Schwankungsbreite nach oben
und nach unten gegenüber einer Sollvorgabe eindosiert wer
den. Ist die eingegebene Rohstoffmenge zu gering, so entste
hen Oberflächenrauheiten sowie Dünn- und Schwachstellen im
Bauteil, die im Extremfall löcherig sein können. Wird hinge
gen zu viel Rohstoff in das Formwerkzeug dosiert, so wird
die Wandstärke zumindest lokal zu groß, was u. U. zu einem
Bauteilverzug führt; auf jeden Fall sind überdosierte Teile
nicht maßhaltig genug. Außerdem quillt im Fall einer Überdo
sierung Material entlang der Teilungsfuge des Formwerkzeues
aus, was nicht nur zu übergroßen Graten und zu entsprechen
der Mehrarbeit beim Entgraten, sondern auch zu einer ver
mehrten Werkzeugverschmutzung und somit zu einer Vermehrung
der Nebenarbeit "Werkzeugreinigen", insgesamt also zu einer
Reduzierung der Produktivität führt.
Bei dem in der Literaturstelle [1] geschilderten, automati
sierten Verfahren zur Herstellung von SMC-Teilen sind die
als Rohmasse zu einem Mattenstapel aufgeschichteten Zu
schnitteile alle rechteckig geformt und weisen in der einen,
quer zur Harzmattenbahn liegenden Richtung untereinander al
le die gleiche Breite, nämlich die Breite der randseitig be
schnittenen Harzmattenbahn selber auf. Die Zuschnitteile
werden durch Querschneiden der Harzmattenbahn erzeugt, wobei
ein pneumatisch angetriebenes Hochgeschwindigkeitsmesser
verwendet wird, welches quer über die Harzmattenbahn hinweg
bewegt wird, die an der Stelle des Schnittes durch ein
schmales Profil unterstützt ist. Vermutlich taucht das Hoch
geschwindigkeitsmesser unterseitig aus der zu schneidenden
Harzmattenbahn aus und in einen Längsschlitz des unterstüt
zenden Profils ein. Zur Kompensation eines veränderten Flä
chengewichts der Harzmattenbahn wird das in Längsrichtung
der Harzmattenbahn liegende Rechteckmaß der Zuschnitteile
herangezogen. Beim Überwachen des einzuhaltenden Zielgewich
tes des Harzmattenstapels werden nicht etwa die abgeschnit
tenen Zuschnitteile gewogen, sondern das fertige SMC-Teil.
Je nach Abweichung des Fertiggewichts des SMC-Teils von ei
nem Sollgewicht werden die Zuschnitteile für das nächstfol
gende SMC-Teil länger, kürzer oder gleichbleibend geschnit
ten. Ein grundsätzlicher Nachteilig an der aus [1] bekannten
Regelstrategie zur Einhaltung des Sollgewichtes der einzu
bringenden Rohmasse besteht darin, daß ein Regeleingriff zur
Korrektur der eigentlichen Regelgröße - Rohmasse für das
Teil n - von der Soll/Ist-Abweichung einer anderen Größe als
Meßgröße - nämlich Fertigteilmasse des Teiles n + 1 - abhängig
gemacht wird. Die Meßgröße "Fertigteilmasse des Teiles n + 1"
muß keineswegs repräsentativ für die eigentliche Regelgröße
"Rohmasse für das Teil n" sein. Bei [1] wird versucht, mög
liche Unterschiede zwischen beiden dadurch zu erfassen oder
vorauszusagen, daß die Stärke dar Harzmattenbahn laufend er
faßt wird. Wegen der grundsätzlichen Unterschiede von Meß
größe einerseits und Regelgröße andererseits wird ein sehr
großer Anteil der nach [1] hergestellten SMC-Teile vom anzu
strebenden Sollgewicht abweichen; die aus [1] bekannte Re
gelstrategie funktioniert nur aufgrund einer solchen Abwei
chung. Abgesehen davon liegt ein weiterer Nachteil des Ver
fahrens nach [1] darin, daß die Zuschnitteile rechteckig mit
einer der Breite der Harzmattenbahn entsprechenden Breite
sein müssen. Diese Voraussetzung kann jedoch nur für ein
eingeschränktes Spektrum von Bauteilen verfahrensoptimal zu
gelassen werden.
Bei häufig manuell ausgeübten Verfahren zur serienmäßigen
Herstellung von SMC-Teilen wird die in das Formwerkzeug ein
gebrachte Masse an Harzmatten individuell eingewogen, was
ebenfalls manuell geschieht und sehr hinderlich für eine Au
tomatisierung des Prozesses ist. Dabei werden üblicherweise
rechteckige Zuschnitteile aus einer quasi-endlosen Fasermat
tenbahn mit einem scharfen Messer auf einer Stahlunterlage
herausgeschnitten und gewogen. Wenn das Sollgewicht eines in
eine Mattenstapel einzubringenden Zuschnitteils zu groß aus
fällt, wird an einer Längsseite eines Zuschnitteils ein
Randstreifen oder an einer Ecke ein dreieckiges Stück abge
schnitten, wodurch das Sollgewicht angenähert aber nicht ge
nau erreicht wird. Vor allem aber wird durch eine solche
Korrektur die Sollform des Zuschnitteils stark verändert,
was sich nachteilig auf den Abformprozeß und die Bauteilqua
lität auswirkt. Fällt hingegen das Sollgewicht eines Zu
schnitteils zu gering aus, so wird das nächstfolgende Zu
schnitteil etwas größer als die Sollform zugeschnitten oder
ein kleines Verschnitteil eines früheren Korrekturvorganges
beigelegt. Diese Korrekturarten wirken sich nachteilig auf
den anschließenden Formvorgang und die Bauteilqualität aus.
Im übrigen wird durch dieses manuelle Einwiegen der Roh
stoffmenge das Sollgewicht nur mit einer sehr großen Streu
ung angenähert, die kaum kleiner ist, als die Gewichtsstreu
ung der Harzmatten selber. Aus diesem Grunde entstehen bei
einer SMC-Teile-Fertigung mit manueller Rohstoff-Einwage re
lativ viele Ausschußteile und Qualitätsschwankungen.
In der EP 461 365 B1 - nachfolgend kurz mit [2] zitiert -
wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffpreßteilen
aus thermoplastischem Kunststoff gezeigt, bei dem eine ge
wichtsmäßig abgestimmte Menge an erwärmten und erweichtem
Thermoplast-Kunststoff in ein geöffnetes Formwerkzeug einer
Presse eingelegt, durch Schließen des Formwerkzeugs die
Kunststoffmasse in die Kavität des Formwerkzeugs fließge
preßt und anschließend das noch im Formwerkzeug befindliche
Werkstück abgekühlt und schließlich aus ihm entnommen wird.
Die Besonderheit des in [2] geschilderten Verfahrens besteht
in der Bereitstellung des erwärmten Thermoplast-Kunststoffes
in einem auf die Form der Kavität des Formwerkzeuges bereits
grob abgestimmten, flachen Vorformling, wobei auch schon die
Preßmassenverteilung innerhalb des Vorformlings den Erfor
dernissen der Kavität des Formwerkzeuges grob angepaßt ist.
Dazu wird ein dünner, breiter Extrudatstrang von heißer
Kunststoffmasse auf dem beheizten und reversierbar antreib
baren Förderband einer Bandwaage abgelegt und zugleich gewo
gen. Der Extrudatstrang wird aufgrund einer langsamen Oszil
lationsbewegung des Förderbandes in Förderrichtung bzw. ent
gegen ihr und aufgrund einer gezielten Bandgeschwindigkeit,
die von der Extrusionsgeschwindigkeit abweichen kann, mäan
drierend und mit einer veränderlichen Massenverteilung auf
dem Förderband abgelegt. Auch bei diesem Verfahren zur Form
preßverarbeitung von thermoplastischem Kunststoff soll die in
die Kavität des Formwerkzeuges einzubringende Kunststoff
masse genau einem Sollgewicht entsprechen, um einerseits ein
vollständiges Ausfüllen der Kavität sicherzustellen und an
dererseits ein vollständiges Schließen des Formwerkzeuges
ohne übergroße Gratbildung zu ermöglichen. Bei dem in [2]
gezeigten Verfahren wird dies dadurch erreicht, daß der auf
der Bandwaage abgelegte Extrudatstrang laufend gewogen wird.
Nachdem gegen Ende der Bildung eines Vorformlings ein Teil
des Extrudatstranges noch an der Extrusionsdüse hängt und
nicht die gesamte für den Vorformling bestimmte Kunststoff
masse die Waage belastet, wird bereits kurz vor Erreichen
des Sollgewichtes, d. h. bei Erreichen einer gewissen Ge
wichtsschwelle, der extrudierte Strang in sehr kurzer Zeit
abgetrennt. Liegt das Gewicht des nun vollständig auf der
Bandwaage befindlichen Vorformlings innerhalb eines vorgege
benen Toleranzfeldes, so wird er an eine nachgeschaltete
Fördereinrichtungen übergeben, die ihn ihrerseits in das ge
öffnet Formwerkzeug ablegt. Ist hingegen der gebildete Vor
formling zu schwer oder zu leicht, so wird er verworfen und
seine Kunststoffmasse recycliert. Die Gewichtsschwelle zum
Auslösen des Strangtrennens für den nächstfolgenden Vorform
ling wird außerdem entsprechend korrigiert, d. h. bei einem
zu schweren Vorformling wird die Gewichtsschwelle in Rich
tung auf ein geringeres Schwellgewicht verändert und umge
kehrt. Diese Art zur Steuerung des Gewichts der in ein Form
werkzeug einzubringenden Kunststoffmasse ist jedoch nicht
auf die Verarbeitung faserverstärkter Duroplaste, d. h. nicht
auf die Portionierung von Harzmattenzuschnitten übertragbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde ge
legte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß trotz schwan
kenden Flächengewichts der Harzmattenbahn das für die einzu
legenden Harzmatten vorgeschriebene Sollgewicht für jeden
Fertigungszyklus eines SMC-Teiles mit hoher Genauigkeit ein
gehalten werden kann, ohne die Form der einzelnen Zuschnitt
teile wesentlich zu verändern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den
Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
Danach wird ein Referenz-Zuschnitteil mit einer stets
gleichbleibenden Form und Größe zugeschnitten und jeweils
für sich gewogen. Aus Gewicht und Größe des Referenz-Zu
schnitteils sowie aus dem anzustrebenden Gesamtgewicht des
Harzmattenstapels wird rechnerisch die flächenmäßige Größe
von Korrekturteilen ermittelt, die geschnitten werden müs
sen, um gezielt und genau auf das Sollgewicht der einzubrin
genden Harzmasse zu kommen. Hierbei wird von der weitgehend
zutreffenden Annahme ausgegangen, daß sich das Flächenge
wicht der Harzmattenbahn in der unmittelbaren Umgebung des
Ortes, an dem das Referenz-Zuschnitteil aus der Harzmatten
bahn herausgetrennt wurde, nur vernachlässigbar wenig än
dert. Bei dem Lösungsweg nach Anspruch 1, der von einer
mehrlagig aufgestapelten Harzmasse ausgeht, werden die wie
teren Harzmattenlagen als Korrekturteile angesehen und deren
gemeinsam einzuhaltende Größe ermittelt. Diese übrigen Zu
schnitteile werden dann aus einem zum Referenz-Zuschnitteil
in der Harzmattenbahn unmittelbar benachbart liegenden Be
reich des jeweiligen Harzmattenstapels entsprechend der er
mittelten Größe herausgeschnitten und aufgestapelt. Bei dem
Lösungsweg nach Anspruch 2, der von einer einlagig einzu
bringenden Harzmatte ausgeht, wird ein Referenzteil in Über
größe herausgetrennt, dieses gewogen und der gewichtsmäßige
Überschuß dann gezielt in einer entsprechenden Fläche abge
schnitten.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran
sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung an
hand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele nachfol
gend noch erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Verfahrensanlage
in einer Grundrißdarstellung,
Fig. 2 den Schneidetisch mit dem Linienriß auf einer Harzmat
tenbahn für das Zuschneiden der Teile eines siebentei
ligen Harzmattenstapels eines ersten Ausführungsbei
spieles,
Fig. 3 eine auf einer Waage aufgebaute Hilfsvorrichtung zum
Wiegen des Referenz-Zuschnitteils und zum bereitlegen
eines nach Fig. 2 gewonnenen Harzmattenstapels,
Fig. 4 das am Handgelenk eines Industrie-Roboters angeordnete
Schneidwerkzeug mit einem Kreissägeblatt, welches
hochfrequente Drehoszillationsbewegungen ausführen,
zum Zerschneiden der durch eine Glasplatte unterstütz
ten Harzmattenbahn,
Fig. 5 eine vergrößerte Einzeldarstellung des Schneideingrif
fes des Kreissägeblattes in die unterstützte Harzmat
tenbahn und
Fig. 6 das Zuschneiden eines einlagigen Nutzzuschnittes vor
bestimmten Gewichts aus einem Referenzzuschnitt wech
selnden Flächengewichts als ein zweites Ausführungs
beispiel.
Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren zum serienmäßi
gen Herstellen von SMC-Teilen sei kurz an Hand des Verfah
rensschemas nach den Fig. 1 und 2 erläutert. Die SMC-Tei
len werden aus faserhaltiger, reaktionsfähiger Harzmasse her
gestellt, die in Form einer quasi-endlosen, zu einer Vorrats
rolle 1 aufgewickelten Harzmattenbahn 22 als Vorprodukt be
reitgestellt wird. Bei den in der Harzmattenbahn enthaltenen
Fasern handelt es sich in der Regel um Glasfasern; bei höher
beanspruchten SMC-Teilen können auch Carbonfasern oder Kev
larfasern integriert sein. Die Fasern sind geschnitten und
haben eine Länge von etwa 1 bis 5 cm. Zur Aufrechterhaltung
der Reaktionsfähigkeit des Kunstharzes in der Harzmattenbahn
22 ist diese beiderseits mit einer Schutzfolie 26 abgedeckt,
die erst kurz vor der Verarbeitung der Harzmatte abgezogen
und zu einem gesonderten Wickel 2 aufgerollt wird. Wie in
Fig. 2 deutlicher zu erkennen ist, wird die Schutzfolie über
eine in der Nähe des Zuschneidetischs 3 befindliche Wende
stange 12 entgegen der Verarbeitungsrichtung der Harzmatte zu
dem Wickel 2 umgelenkt. Die Seitenränder der Harzmattenbahn
sind für eine Weiterverarbeitung ungeeignet und müssen abge
schnitten werden. Die seitlichen Abfallstreifen 28 werden e
benfalls über Wendestangen 13 in Abfallbehälter 14 umgelenkt.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß bei Einsatz des
weiter unten beschriebenen Schneidwerkzeuges ohne weiteres
auch die noch mit einer anhaftenden Schutzfolie versehenen
Harzmattenbahnen geschnitten werden können. Beispielsweise
können die Randstreifen 28 (Fig. 2) vor dem Abziehen der
Schutzfolie 26 abgetrennt werden. In Sonderfällen mag es er
wünscht sein, auch die Zuschnitteile mit Schutzfolie zuzu
schneiden, um sie vor einer Weiterverarbeitung aufstapeln zu
können und sie erst zu einem späteren Zeitpunkt weiter zu
verarbeiten. Die an jedem der Zuschnitteile anhaftende
Schutzfolie verhindert ohne weiteres ein Zusammenkleben der
aufgestapelten oder in einer Schuppenformation abgelegten Zu
schnitteile. Bisher waren in einem solchen Fall dazu stets
gesonderte Folienblätter als Zwischenlage erforderlich, die
extra Kosten verursachten. Allerdings handelt es sich beim
Zuschneiden unter Einschluß der Schutzfolie um Sonderfälle,
weshalb in der nachfolgenden Beschreibung von dem Regelfall
ausgegangen wird, bei dem die Schutzfolie vor dem Scheiden
der Harzmattenbahn abgezogen und zusammenhängend aufgewickelt
wird. Dies hat auch den Vorteil, daß leichter kontrolliert
werden kann, ob sich die Schutzfolie vollständig von der
Harzmattenbahn gelöst hat. An den Zuschnitteilen anhaftende
Folienreste sind für den Weiterverarbeitungsprozeß und die
Festigkeit des herzustellenden Preßteils sehr schädlich.
Auf dem mit einer sehr harten Auflage versehenen Zuschneide
tisch 3 wird der brauchbare Teil der Harzmattenbahn 22 zer
legt, wobei aus ihr verschiedene Zuschnitteile definierter
Form und Größe herausgeschnittenen und diese zu einem mehr
lagigen Harzmattenstapel bestimmter Lagenzahl und Lagenanord
nung aufgestapelt werden. Die dabei anfallenden Verschnittei
le, die nicht weiter verwendet werden können, werden in einen
entsprechenden Abfallbehälter 4 abgeführt. Das Zuschneiden
kann grundsätzlich manuell mit einem Scharfen Messer und
Stahllineal erfolgen. Bei dem in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiel ist jedoch ein mechanisiertes und automa
tisiertes Zuschneiden mittels eines Zuschneideroboters 5 vor
gesehen, worüber weiter unten noch näher zu sprechen sein
wird.
Auf einer gesonderten Wiege- und Stapelbildungsvorrichtung 6
- siehe auch Fig. 3 - werden die durch den Roboter 5 auf dem
Tisch 3 geschnitteten Zuschnitteile zu einem Harzmattenstapel
31 aufgestapelt, wobei die Zuschnitteile durch einen Handha
bungsroboter 7 gehandhabt und bewegt werden, der seinerseits
mit einem speziell für diese Aufgabe und dieses Substrat aus
gebildeten Harzmattengreifer 27 ausgerüstet ist. Nachdem der
Harzmattenstapel 31 in gehöriger Form für ein neues Werkstück
gebildet worden ist, wird dieser durch den Handhabungsroboter
lagedefiniert in ein beheiztes Formwerkzeug 35 der Formpresse
8 eingelegt.
Durch die Presse wird das Formwerkzeug bis zum Kontakt der
formgebenden Oberfläche der Kavität mit dem eingelegten Harz
mattenstapel geschlossen und mit definierter, zunächst noch
geringer Kraft im Schließsinn gespannt. Durch den Kontakt mit
dem heißen Werkzeug erwärmt sich die Harzmasse und erweicht
dadurch. Aufgrund der Schließkraft des Formwerkzeuges 35 be
ginnt die Harzmasse zu fließen und füllt dadurch die Kavität
des sich mehr und mehr schließenden Formgebungswerkzeuges
schließlich vollständig aus. Das Werkzeug wird anschließend
mit erhöhter Kraft eine gewisse Zeit lang im Schließzustand
gehalten, wobei die Harzmasse thermisch aushärtet. Nach Ab
lauf dieser Aushärtungszeit öffnet die Presse 8 das Werkzeug,
wobei das fertige SMC-Teil in der unteren, ortsfesten Werk
zeughälfte liegen bleibt. Durch einen mit einem Entnahmewerk
zeug 29 versehenen Entnahmeroboter 9 kann das SMC-Teil aus
der Presse entnommen und in einer Abkühlstation 11 abgelegt
werden. Während die Zuschneide- und Handhabungsroboter 5 bzw.
7 einen neuen Harzmattenstapel vorbereiten, wird das geöffne
te Formwerkzeug durch zwei Reinigungsroboter 10 gereinigt, so
daß es zur Aufnahme eines neuen Harzmattenstapels bereit ist.
Das geschilderte Verfahren zur Herstellung der SMC-Teile er
fordert es, daß die in das Formwerkzeug eingegebene Harz
masse sehr genau mit einem bestimmten Sollgewicht überein
stimmt. Und zwar muß die Kavität des Formwerkzeuges durch
die eingebrachte Harzmasse einerseits vollständig ausgefüllt
werden, andererseits darf nicht zu viel Harzmasse in der Ka
vität vorhanden sein, weil sich sonst das Werkzeug nicht
vollständig schließen läßt und das geformte SMC-Teil nicht
maßhaltig abgeformt wird. Außerdem quillt unnötig viel Harz
masse an der Teilungsfuge des Werkzeuges aus, was den Reini
gungsvorgang erschwert. Andererseits weist die Harzmattenbahn
22 unzulässig hohe Schwankungen im Flächengewicht auf, die
sich bei der Herstellung dieses Vorproduktes nicht vermeiden
lassen. Um also das vorgeschriebene Sollgewicht zu erreichen,
dürfen nicht von Arbeitszyklus zu Arbeitszyklus stets flä
chengleiche Zuschnitteile verwendet werden. Vielmehr bedarf
es besonderer Anstrengungen, um in jedem Arbeitszyklus das
Zielgewicht der einzugebenden Harzmasse genau zu erreichen.
Um trotz des schwankenden Flächengewichts der Harzmatten das
für den einzulegenden Harzmattenstapel vorgeschriebene Soll
gewicht für jeden Fertigungszyklus eines SMC-Teiles mit hoher
Genauigkeit einhalten zu können, ohne die Form der einzelnen
Zuschnitteile wesentlich zu verändern, sieht die vorliegende
Erfindung ein besonderes Verfahren zum Zuschneiden der Zu
schnitteile der Harzmatten vor. Dabei wird von der weitgehend
zutreffenden Annahme ausgegangen, daß sich das Flächengewicht
der Harzmattenbahn innerhalb eines Flächenbereiches, der für
den Bedarf der Harzmasse eines SMC-Teiles erforderlich ist,
nur vernachlässigbar wenig ändert.
Aufbauend auf dieser Erkenntnis werden die für den Harzmat
tenstapel 31 eines bestimmten SMC-Teils zu verwendenden Zu
schnitteile 24, 25 nicht nur aus ein und derselben Harzmat
tenbahn 22, sondern auch in unmittelbarer Nachbarschaft zu
einander aus ihr herausgeschnitten. Außerdem wird ein beson
deres Zuschnitteil, ein Referenz-Zuschnitteil 24 mit einer
für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel stets gleich
bleibenden Form und gleichem Flächeninhalt Fr zugeschnitten
und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen und dessen
tatsächliches Gewicht Gr,ist ermittelt. Dadurch ist
gewissermaßen das lokale, tatsächliche Flächengewicht der
Harzmattenbahn bekannt. Außer aus dem flächenkonstanten Refe
renz-Zuschnitteil 24 besteht der erforderliche Harzmattensta
pel aus weiteren, in der Fläche variabel gestalteten Zu
schnitteilen 25. Diese können in ihrer Fläche gezielt so be
messen werden, daß das Gesamtgewicht des Harzmattenstapels
auf das einzuhaltende Sollgewicht genau und in einem einzigen
Zug hingetrimmt werden kann.
Aus dem jeweiligen Gewicht Gr,ist und dem Flächeninhalt Fr des
Referenz-Zuschnitteils 24 sowie aus dem vorbestimmten, für
alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel 31 stets gleich
bleibenden Gesamtgewicht Gg aller Zuschnitteile 24, 25 wird
der gemeinsam einzuhaltende Flächeninhalt Fu der übrigen Zu
schnitteile 25, die individuell zu dem gewogenen Referenz-
Zuschnitteil 24 gehören, nach der Beziehung
Fu = Fr.(Gg/Gr,ist - 1)
ermittelt. Mit dem Wissen um die Größe des Flächeninhaltes Fu
der übrigen erforderlichen Zuschnitteile 25 können diese be
züglich ihres gemeinsamen Gewichtes zielgenau aus der Harz
mattenbahn ausgeschnitten werden. Und zwar werden sie aus ei
nem zu dem Referenz-Zuschnitteil 24 in der Harzmattenbahn 22
unmittelbar benachbart liegenden, nach Form und Größe passen
den Flächenstück mit dem Flächeninhalt Fu herausgeschnitten.
Der mit dem gewogenen, flächenkonstanten Referenz-
Zuschnitteil 24 und mit den individuell im Flächeninhalt be
messenen, übrigen Zuschnitteilen 25 zusammengestellte Harz
mattenstapel 31 weist ein Gesamtgewicht Gg auf, welches bis
auf wenige Promille mit dem Sollgewicht übereinstimmt. Bei
einer anmelderseitig durchgeführten Technikumserprobung der
Erfindung konnte das vorgegebene Sollgewicht des Harzmatten
stapels auf eine Streubreite von ±0,3% eingehalten werden.
Der so gebildete, gewichtskonsztante Harzmattenstapel kann
also ohne weiteres zur Weiterverarbeitung lagedefiniert in
das aufnahmebereite Formwerkzeug 35 der Formpresse 8 einge
legt werden.
Die bei einer serienmäßigen Ausübung des erfindungsgemäßen
Verfahrens durchgeführten, laufenden Wiegungen von flächen
gleichen Referenzzuschnitten geben nebenbei auch noch eine
zuverlässige Datenfülle bezüglich des Verlaufes des Flächen
gewichtes der Harzmattenbahn in Bahnlängsrichtung. Die gene
rierte, sehr dichte Datenmenge kann in mehrerlei Hinsicht
ausgewertet werden. Beispielsweise kann das Flächengewicht
der Harzmattenbahn in Bahnlängsrichtung als Längsprofil, d. h.
als Linienzug ausgedruckt werden, es kann das mittlere Flä
chengewicht, die Standartabweichung und die Maximalabweichung
vom Mittelwert ermittelt werden. Diese Daten erlauben eine
zuverlässige Qualitätskontrolle bzw. -überwachung der ange
lieferten Harzmattennbahnen.
Wie bereits erwähnt, wird für jedes Werkstück das Gesamtge
wicht Gg der Fasermatten als Sollgröße in einen rechnerischen
Vorgang eingegeben, aus dem dann werkstückindividuell und ge
nau die Harzmattenteile zugeschnitten werden. Die Erfindung
erlaubt es ohne weiteres, diese Sollgröße gegebenenfalls ge
ringfügig zu ändern oder an neue Erkenntnisse oder Gegeben
heiten anzupassen. Das Sollgewicht kann im Laufe einer Se
rienfertigung von einem Wert X auf einen Wert von z. B.
X + 0,5% oder beispielsweise auf einen Wert X - 1,3% korri
giert werden. Mit der Eingabe des neuen Sollgewichts sind
dann auch die tatsächlichen Gesamtgewichte der nach der Ände
rung hergestellten Harzmattenstapel entsprechend höher oder
niedriger, und zwar ebenfalls mit der erwähnten Genauigkeit
von ±0,3%. Die Erfindung erlaubt daher eine feinfühlige und
genaue Vorgabe des Gesamtgewichtes der in das Formwerkzeug 35
einzulegenden Harzmatten.
Nachdem die Harzmattenstapel auf einer Waage zusammengestellt
werden, ist es ohne weiteres möglich, auch das tatsächliche
Gesamtgewicht des fertigen Harzmattenstapels durch Wiegen ex
akt zu bestimmen und für jedes Werkstück festzuhalten. Dies
erlaubt nicht nur eine Überwachung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens des Einwiegens der Harzmattenbahnen. Sondern mit den
werkstückindividuell festgehaltenen Ist-Gewich
ten der fertigen Harzmattenstapel stehen auch wesentliche Da
ten für eine Qualitätsüberwachung der Preßteilefertigung zur
Verfügung.
Aus der getroffenen und zulässigen Annahme, daß der Gradient
des Flächengewichts innerhalb der Harzmattenbahn 22 nur ge
ring ist, folgt, daß das Flächengewicht innerhalb des Flä
chenbadarfs für einen Harzmattenstapel mit hinreichender Ge
nauigkeit konstant ist. Dies wiederum führt zu der Empfeh
lung, das Referenz-Zuschnitteil 24 und die übrigen Zuschnitt
eile 25 eines jeden Harzmattenstapels quer zur Längsrichtung
der Harzmattenbahn aus der Harzmattenbahn herauszuschneiden,
derart, daß der in Längsrichtung der Harzmattenbahn benötigte
Platz möglichst gering ist.
Bei einem Harzmattenstapel, bei dem die übrigen Zuschnitteile
25 rechteckig und außerdem kongruent ausgebildet sind, wie
dies beispielsweise bei dem in den Fig. 2 und 3 darge
stellten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, wird zweckmäßi
gerweise das eine Maß l der Rechteckseite der übrigen Zu
schnitteile 25 für alle aufeinander folgenden Harzmattensta
pel 31 unverändert gelassen, wogegen lediglich das quer dazu
liegende Maß b der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile 25
für den aktuellen Harzmattenstapel individuell gemäß der
technischen Lehre der vorliegenden Erfindung bemessen wird.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit
sechs übrigen Zuschnitteilen 25 ist das unverändert Längsmaß
l parallel und das individuell bemessene Breitenmaß b der
Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile quer zur Längsrich
tung der Harzmattenbahn 22 ausgerichtet. In dem hier geschil
derten vereinfachten Fall kann die Breite 5 der übrigen Zu
schnitteile 25 nach der Beziehung b = Fr.(Gg/Gr,ist - 1)/l.n in
dividuell festgelegt werden, wobei n die Anzahl der übrigen
Zuschnitteile 25 bedeutet. Nachdem das tatsächliche Gewicht
des Referenz-Zuschnitteils 24 auf der Waage 15 ermittelt wor
den ist, wird diese Größe in digitalisierter Form in die
Steuerung bzw. das Bewegungsprogramm des Zuschneideroboters 5
selbsttätig eingegeben, der dann nach Maßgabe dieser
Eingabe die übrigen Zuschnitteile 25 mit der individuellen
Breite b aus der Harzmattenbahn 22 herausschneidet.
Der in Fig. 2 erkennbare Platzbedarf für die dort gezeigten
sieben Zuschnitteile 24 und 25 läßt sich nicht gleichmäßig
über die Breite der Harzmattenbahn 22 verteilen. Im Bereich
des Referenz-Zuschnitteils 24 wird in Bahnlängsrichtung le
diglich ein Material vom Maß A, hingegen auf der gegenüber
liegend Bahnseite Material vom wesentlich größeren Maß 2.l
verbraucht. Zum Ausgleich ist es zweckmäßig, beim nächstfol
genden Zuschnitt die Anordnung von Referenz-Zuschnitteil 24
und den übrigen Zuschnitteilen 25 seitenmäßig zu vertauschen,
so daß sich rechts und links ein gleichmäßiger Verbrauch an
Harzmatte ergibt. Dies muß allerdings bei der Programmierung
des Bewegungsablaufes des Zuschneideroboters 5 entsprechend
mit berücksichtigt werden.
Die nutzbare Breite der Harzmattenbahn 22 ist zumindest ge
ringfügig größer als die Breite B des Referenz-Zuschnitteils
24 zuzüglich des Dreifachen der größten Breite b der übrigen
Zuschnitteile 25. Dadurch ergibt sich in der Regel an dem ei
nen Rand der Harzmattenbahn ein Randstreifen 30 als Zu
schnittverlust, der in den Abfallbehälter 4 abgeführt wird.
Lediglich im Extremfall eines äußerst geringen Flächengewich
tes der Harzmattenbahn mag dieser Randstreifenverlust ver
nachlässigbar klein sein.
Der Vollständigkeit halber sei auch noch auf andere Möglich
keit hingewiesen, das Gewicht des Harzmattenstapels durch ge
eignete Flächenbemessung der übrigen Zuschnitteile auf den
Gewichts-Sollwert in einem einzigen Zug hinzutrimmen. Die
nachfolgend erwähnten Möglichkeiten hängen weitgehend von der
Art und Form des herzustellenden SMC-Teiles und der damit zu
sammenhängenden Frage ab, in wie weit die Gestalt des Harz
mattenstapels von Werkstück zu Werkstück variieren darf. Und
zwar ist es denkbar, eine gewisse Anzahl, z. B. vier der übri
gen Zuschnitteile 25 für jeden Harzmattenstapel ebenfalls
flächengleich, d. h. mit konstanter Länge und mit stets
gleich bleibender Breite aus der Harzmattenbahn herauszu
schneiden und lediglich die restliche Anzahl, im Beispiel
zwei, der übrigen Zuschnitteile 25 in der Breite individuell
zu bemessen. Diese beiden individuell bemessenen Zuschnitt
teile 25 würden selbstverständlich in ihrem Breitenmaß b we
sentlich stärker streuen, als wenn sich der Gewichtsausgleich
auf sechs Zuschnitteile 25 gleichmäßig verteilen würde. Im
Extremfall wäre es sogar möglich, nur eines der übrigen Zu
schnitteile für einen solchen Gewichtsausgleich heranzuzie
hen, was im Fall eines zweilagigen Harzmattenstapels ohnehin
nicht zu vermeiden wäre.
Bei dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbei
spiel besteht der zu bildende Harzmattenstapel insgesamt aus
sieben Zuschnitteilen, nämlich aus einem besonders großen Re
ferenz-Zuschnitteil 24 und aus sechs wesentlich kleineren,
übrigen Zuschnitteilen 25, die in zwei kleinen, nebeneinander
liegenden Stapeln auf dem zuunterst liegenden Referenz-
Zuschnitteil 24 aufgestapelt werden. Unabhängig von der An
ordnung des Referenz-Zuschnitteils im zu bildenden Harzmat
tenstapel sollte jedoch ein möglichst großes Zuschnitteil für
die Referenzbildung ausgewählt werden, so daß das ermittelte
Gewicht auch zuverlässig repräsentativ für das Flächengewicht
der Harzmattenbahn im Bereich des gerade in Arbeit befindli
chen Bahnendes ist. Zweckmäßigerweise sollte das Referenz-
Zuschnitteil eine Größe von etwa 20 bis 60% der Gesamtfläche
aller Zuschnitteile des Harzmattenstapels 31 aufweisen. Ist
es zu klein, so repräsentiert das Gewicht und die Fläche
nicht mit genügender Genauigkeit das lokale Flächengewicht.
Ist hingegen das Referenz-Zuschnitteil zu groß, so kann es
sein, daß der Gewichtsausgleich nicht in jedem Fall mit dem
oder den relativ kleinen übrigen Zuschnitteilen gelingt, ohne
sie im Extremfall eines sehr hohen Flächengewichts unzulässig
stark zu beschneiden. In einem solchen Fall ist es dann bes
ser, zumindest einen Teil des Überschusses an Mattengewicht
an dem Referenz-Zuschnittteil selber weg zu nehmen. Hierauf
soll weiter unten im Zu
sammenhang mit einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig.
6 noch einmal eingegangen werden.
Im Verfahrensablauf ist es selbstverständlich am günstigsten,
wenn das im Harzmattenstapel 31 zuunterst liegende Zuschnit
teil von der Größe her ausreicht, um es als Referenz-
Zuschnitteil 24 auswählen zu können. Nach dem Wiegen des Re
ferenz-Zuschnitteils sind dann keine weiteren Handhabungsvor
gänge mit ihm nötig, d. h. die übrigen Zuschnitteile 25 können
auf dem noch auf der Wiegplatte 16 der Waage 15 liegenden Re
ferenz-Zuschnitteil zu dem Harzmattenstapel 31 aufgestapelt
werden. Bei im Wesentlichen deckungsgleichen Zuschnitteilen
wird man daher das unterste Zuschnitteil als Referenz-
Zuschnitteil wählen und es stets flächengleich zuschneiden.
Bei Stapeln mit z. B. fünf gleichen Harzmatten wären das etwa
20% des Gesamtgewichtes. Bei sechs und mehr Harzmatten in ei
nem Stapel, ein sicher selten vorkommender Fall, wird man
beispielsweise die beiden zuunterst liegenden Harzmatten ge
meinsam als Referenz-Zuschnitteil wählen, sie stets flächen
gleich zuschneiden und gemeinsam wiegen.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird das
Referenz-Zuschnitteil 24 beim Ablegen auf die Waage 15 nicht
nur gewogen, sondern zugleich auch in bestimmter Weise vorge
formt, wie es später für das Einlegen des fertig gebildeten
Harzmattenstapels 31 in das Formwerkzeug zweckmäßig ist. Zu
diesem Zweck ist auf der Wiegeplatte 16 der Waage eine Sta
pelvorrichtung 17 befestigt, die ein gestuftes Vorformen des
Referenz-Zuschnitteils durch den Handhabungsroboter und den
Harzmattengreifer ermöglicht. Die übrigen Zuschnitteile 25
werden auf den unteren bzw. oberen Abschnitt des gestuft ab
gelegten Referenz-Zuschnitteils aufgestapelt.
Grundsätzlich ist die Erfindung auch in einem manuell betrie
benen Verfahrensablauf umsetzbar, bei dem beispielsweise auch
das Herausschneiden der Zuschnitteile mittels eines handge
führten Messers und Stahllineal auf einer Stahlunterlage er
folgt und bei dem die Zuschnitteile manuell vom Wer
ker gehandhabt werden. Diese Arbeitsweise ist gelegentlich
auch heute noch in der Serienfertigung von SMC-Teilen anzu
treffen. Das Referenz-Zuschnitteil 24 könnte relativ präzise
unter Verwendung einer Schablone geschnitten werden. Auch für
die übrigen Zuschnitteile 25 könnten Schablonen unterschied
licher Form verwendet werden, wobei nach dem Wiegen des Refe
renz-Zuschnitteils selbsttätig ausgegeben wird, welche Schab
lone aus einem fein abgestuften Satz zu verwenden ist. Es ist
auch das Zuschneiden unter Verwendung von Stanzwerkzeugen,
wie sie beim Zuschneiden von Leder in einer Flachpresse ein
gesetzt werden, gegebenenfalls unterstützt durch Vibratoren,
denkbar. Zum flächen-flexiblen Zuschneiden der übrigen Zu
schnitteile mußte dann ein Satz von fein abgestuften Stanz
werkzeugen bereitgehalten werden. Je nach Rechenergebnis müß
te ein individuell bestimmtes Stanzwerkzeug aus dem Vorrat
ausgegeben und dieses auf die Harzmattenbahn zum Ausstanzen
eines Zuschnitteiles aufgelegt werden.
Ein manuelles Zuschneiden der Harzmatten birgt jedoch trotz
aller Sorgfalt die Gefahr einer größeren Flächentoleranz und
somit der Gewichtstoleranz in sich. Ganz abgesehen davon ist
diese anstrengende Arbeit in der unmittelbaren Umgebung
von Ausdünstungen der Harzmattenbahnen auf Dauer nur mit
Schutzmaske zulässig und daher doppelt anstrengend bzw. lä
stig. Um solche manuell bedingten Ungenauigkeiten und die
anstrengende Arbeit zu vermeiden, wird empfohlen, sowohl das
Referenz-Zuschnitteil 24 als auch die rechnerisch ermittel
ten Zuschneideflächen der Zuschnitteile 25 mittels eines ro
botergeführten Schneidwerkzeuges herauszuschneiden.
Als ein solches robotergeführtes Schneidwerkzeug könnte u. U.
- ähnlich wie beim manuellen Zuschneiden - ein scharfes Mes
ser mit austauschbarer Klinge verwendet werden, welches mit
ziehendem Schnitt, d. h. im flachen Winkel, durch die Harzmat
te hindurchbewegt wird, wobei allerdings überwacht werden
müßte, daß sich keine Faserbündel an der Schneide einhängen,
die einen sauberen Schnitt stören. Wegen dieser Problematik
wird vorliegend für das automatisierte Zuschneiden der Zu
schnitteile mittels Zuschneideroboter 5 als Schneidwerkzeug
ein hochfrequent drehoszillierendes Kreissägeblatt 21 empfoh
len, welches um eine stillstehende Mittelstellung herum klei
ne Drehhübe ausführt. Während des Zuschneidens ist die Harz
mattenbahn 22 durch eine glatte, durchgehende sowie stoß- und
fugenfreie Unterlage in Form einer dicken Glasplatte 23 un
terstützt, die härter als die Schneidezähne des Kreissäge
blattes ist.
Am Handgelenk 18 des Zuschneideroboters 5 ist über einen Hal
tewinkel ein Antriebsmotor 20 für das Kreissägeblatt 21 in
einer solchen Position gehaltert, daß die Handgelenkachse 19
die Achse der Drehoszillationsbewegung des Kreissägeblattes
kreuzt. Der Antriebsmotor versetzt das Kreissägeblatt über
ein integriertes Hubgetriebe in Drehoszillationen mit etwa
20.000 Drehhüben je Minute. Das Schneidwerkzeug wird so ent
lang der gewünschten Schneidlinie geführt, daß der Umfang des
Kreissägeblattes während des Schneidens die Glasplatte 23 mit
geringer Kraft berührt. Die vom Kreissägeblatt ausgeführten,
recht kleinen Drehoszillationshübe h sind zwar größer als die
Zahnteilung t aber geringer oder geringfügig größer als die
Stärke s der Harzmattenbahn 22. Das drehoszillierende Kreis
sägeblatt wirkt ähnlich wie eine Stichsäge, allerdings mit
zwei grundsätzlichen Unterschieden. Zum einen handelt es sich
um einen Kreisbahnhub des Sägewerkzeuges, welches tangential
in das Schneidgut eintaucht und unterseitig nicht aus dem
Schneidgut austaucht; die kreisbogenförmigen Schneidhübe sind
unter einem sehr flachen Winkel zur Mattenebene orientiert.
Zum anderen vermag das Schneidgut, selbst im lose aufliegen
den Zustand, der hochfrequenten Oszillationsbewegung träg
heitsbedingt nicht zu folgen, so daß auch die lose auf der
Glasplatte aufliegende Harzmatte störungsfrei durchtrennt
werden kann. Der Vorteil dieses Schneidwerkzeuges besteht
nicht nur in einem störungfreien und verschleißarmen Arbeiten
beim Zuschneiden von Harzmatten, sondern auch in der Möglich
keit, enge Kurvenschnitte präzise durchführen zu können.
Nachfolgend sei im Zusammenhang mit dem in Fig. 6 darge
stellten Ausführungsbeispiel noch kurz auf eine Verfahrensva
riante bei der Serienfertigung von SMC-Teilen eingegangen,
bei der ein im Prinzip einlagiger Nutzzuschnitt 33 einer
Harzmatte 22' verwendet wird und dieser lagedefiniert in das
beheizte Formwerkzeug einer Formpresse eingelegt wird. Der
weitere Verfahrensablauf bei der SMC-Teile-Herstellung ist
hierbei im Prinzip gleich wie weiter oben schon geschildert.
Auch wenn in einem konkreten Fall auf den Nutzzuschnitt 33
lokal und lagedefiniert ein kleineres Zuschnitteil oder auch
deren mehrere aufgelegt sein sollte, so soll auch dieser Fall
in der nachfolgenden Schilderung und Empfehlung mit impli
ziert sein, obwohl dieses zusätzliche, kleineres Zuschnitteil
nachfolgend nicht extra erwähnt wird.
Auch bei der Verwendung von im Prinzip einlagigen Nutzzu
schnitten stets gleichen Gewichts Gn wird zunächst ein Refe
renz-Zuschnitt 32 mit einer für alle aufeinander folgenden
SMC-Teile stets gleichbleibenden Form und Flächeninhalt Fr
zugeschnitten und dieser nach dem Zuschneiden jeweils für
sich gewogen, wobei das jeweils vorliegende tatsächliche Ge
wicht Gr,ist ermittelt wird. Die Form und der Flächeninhalt Fr
dieses Referenz-Zuschnitts sind so gewählt, daß letzterer in
jedem Fall den Nutzzuschnitt an allen Seiten überragt. Selbst
unter Annahme eines geringsten Flächengewichts der Harzmat
tenbahn 22' ist der Referenz-Zuschnitt ausreichend groß, um
daraus den Nutzzuschnitt 33 mit dem vorgeschriebenen Gewicht
Gn des Nutzzuschnitts 33 herausschneiden zu können. In jedem
Fall fällt ein mehr oder weniger großes Abfallstück 34 beim
Zurückschneiden des Referenz-Zuschnittes, d. h. bei Zuschnei
den des Nutzzuschnitts 33 aus ihm an.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für
den Referenz-Zuschnitt 32 eine Rechteckform mit den Seiten
längen A' und B' gewählt, wobei das Breitenmaß B' der nutzba
ren Breite der Harzmattenbahn 22' entspricht. Der Referenz-
Zuschnitt kann dann durch einen quer zur Längsrichtung der
Harzmattenbahn im Abstand A' zur bisherigen Endkante ge
führten, geradlinigen Schnitt zugeschnitten werden. Es muß
lediglich sichergestellt sein, daß der Flächeninhalt Fr aller
Referenz-Zuschnitte mit einer Fehlerabweichung von sehr we
nigen Promille untereinander gleich sind. Der zum Schneiden
des Referenz-Zuschnitts 32 verwendete Zuschneidetisch 3' ist
zugleich als Waage ausgebildet, d. h. die die Tischlatte bil
dende Glasplatte 23 ist zugleich die Wiegeplatte einer Waa
ge. Zum Wiegen des freigeschnittenen Referenz-Zuschnitts muß
das Ende der Harzmattenbahn 22' vom Zuschneidetisch 3' durch
den Handhabungsroboter 7 oder durch eine andere, einfachere
Hilfsvorrichtung vorübergehend abgehoben werden. Alternativ
ist es auch möglich, die Wiegeplatte nur auf einen Teilbe
reich des Zuschneidetisches zu beschränken und die Waage zum
Wiegen nur des Referenz-Zuschnittes so weit abzusenken, daß
das Ende der Harzmattenbahn die Wiegeplatte nicht mehr be
rührt, weil es von der umgebenden Tischplatte gehalten ist.
Aus dem jeweiligen Gewicht Gr,ist und dem Flächeninhalt Fr des
Referenz-Zuschnitts 32 sowie aus dem vorbestimmten Gewicht Gn
des Nutzzuschnitts 33 wird der Flächeninhalt Fa des flächen
mäßigen Überschusses des Referenz-Zuschnitts 32 gegenüber dem
Flächeninhalt Fn des Nutzzuschnitts 33, d. h. die
mäßige Größe des Abfallstückes 34, ermittelt. Hierfür wird
die Beziehung Fa = Fr.(1 - Gn/Gr,ist) verwendet.
Nach Kenntnis des Flächeninhalts Fa des Abfallstückes 34 kann
dieses Datum in geeigneter, z. B. digitalisierter Form für je
des Werkstück selbsttätig in die Steuerung des Zuschneide
roboters 5 eingegeben werden. In der Robotersteuerung ist ei
ne fein abgestufte Schar von Bewegungslinien zum Führen eines
gekrümmten Schnittes abgespeichrt, wobei jeder einzelnen Be
wegungslinie eine bestimmte Fläche Fa zugeordnet ist. In
Fig. 6 sind drei dieser Schnittlinien angedeutet. Entsprechend
der Ausgabe eines bestimmten Fa-Wertes wird in der Steuerung
des Zuschneideroboters das dazu gehörige Bewegungsprogramm
aktiviert und danach der Zuschneideroboter bewegt. Der außer
halb der tatsächlichen Schnittlinie liegende,
schraffierte Bereich stellt das zu entfernende Abfallstück
34 dar. Ist der Referenz-Zuschnitt sehr schwer, so wird ein
Abfallstück 34 mit einem großen Flächeninhalt Fa abgeschnit
ten, bei einem leichten Referenz-Zuschnitt ist es umgekehrt.
In jedem Fall sind die abzuschneidenden Abfallstücke in ih
rer Form ähnlich und in jedem Fall bleibt ein nach Form und
Größe mit dem gewünschten Nutzzuschnitt 33 übereinstimmendes
Flächenstück mit dem Gewicht Gn zurück, welches in das Form
werkzeug eingelegt werden kann.
Wichtig beim Verfahren nach Fig. 6 ist, daß das Referenz-
Zuschnitteil, wenn es durch Einsatz eines Industrieroboters
zugeschnitten worden ist, nach dem zuschneiden nicht mehr
bewegt wird, d. h. das Referenz-Zuschnitteil darf zum Wiegen
nicht von der Unterlage, auf der es geschnitten wurde, her
unter genommen oder bewegt werden, weil sonst der Bezug zum
System des Zuschneideroboters verlorengeht. Dies ist auch
der Grund dafür, daß der Zuschneidetisch zugleich als Waage
bzw. als Wiegeplatte ausgebildet ist.
Es kann u. U. vorkommen, daß wegen einer lokalen Verdickung
an einem Werkstück auf den Nutzzuschnitt lokal noch ein
kleineres Zuschnitteil aufgelegt werden muß. Dieses zusätz
liche Zuschnitteil bliebe bei dem bisher im Zusammenhang mit
Fig. 6 geschilderten Verfahren zur Gewichtskorrektur der
einzubringenden Harzmasse durch flächenmäßig gezieltes Zu
rückschneiden des Referenzteiles 32 unberücksichtigt. Wenn
dieses Zusatzteil stets flächengleich zugeschnitten würde,
so ginge entsprechend seiner anteiligen Größe ein gewisser
Fehler bei der Vorherbestimmung des Gesamtgewichtes mit ein.
Um jedoch auch ein solches kleineres Zuschnitteil bei der
Vorherbestimmung des einzuhaltenden Gesamtgewichtes mit er
fassen zu können, müßte in der obigen Beziehung zur Ermitt
lung der Fläche Fa des Abfallstückes anstelle des in das
Formwerkzeug einzulegenden Gesamtgewichts des Stapels
gleichwohl nur das Gewicht des untersten Nutzzuschnitts ein
gegeben werden. Die Größe des nicht erfaßten weiteren Zu
schnitteils müßte aus dem Abfallstück herausgeschnitten wer
den, wobei dieses Zuschnitteil bezüglich seines Flächenin
halts umgekehrt proportional zum ermittelten Flächengewicht
des Referenz-Zuschnittes zuzuschneiden wäre.
Es sei der Vollständigkeit halber noch eine Abwandlung des
Zuschneideverfahrens gemäß Fig. 6 erwähnt, wobei hier ein
formgleicher, in grober Näherung trapezförmiger Nutzzu
schnitt 33 angenommen wird. Diese Verfahrensabwandlung kommt
mit einem deutlich geringen Verschnitt aus. Und zwar müßten
zum einen die in grober Näherung trapezförmigen Nutzzu
schnitte so in die Harzmattennbahn hineingelegt werden, daß
die beiden geradlinigen und zueinander parallelen Seitenkan
ten der Nutzzuschnitte parallel zu den Seitenkannten der
Harzmattenbahn zu liegen kommen; der Zulauf der Harzmatten
bahn wäre also in Fig. 6 von der linken oder rechten Seite
her vorzustellen. Die Breite der Harzmattenbahn müßte im üb
rigen so gewählt sein, daß sie mit dem entsprechenden Maß
des größten, erforderlichen Nutzzuschnittes - der ist in
Fig. 6 in einer strichpunktierten Linie dargestellt - über
einstimmt; denkbar wäre es auch, parallel nebeneinander zwei
Folgen von Referenzteilen auf der Harzmattenbahn anzuordnen.
Zum anderen werden die in Bahnlängsrichtung aufeinander fol
genden Nutzzuschnitte wechselweise seitenvertauscht aus der
Harzmattenbahn herausgeschnitten, so daß stets die große,
parallel zur Bahnlängsrichtung liegende Abmessung des einen
Nutzzuschnittes mit der kleinen Abmessung des nächstfolgen
den Nutzzuschnittes zusammen trifft.
Bei einer solchen Verfahrensvariante wird als Refererenzzu
schnitt ein bereits entsprechend der gewünschten Freiform
geschnittener Zuschnitt verwendet, der so groß bemessen ist,
daß er bei dem geringsten Flächengewicht der Harzmattenbahn,
d. h. dem am unteren Ende des Streufeldbereiches liegenden
Flächengewicht, bezüglich seines Flächeninhaltes gerade
richtig ist und das erforderliche Soll-Gewicht hat. Durch
vorübergehendes Abheben des Endes der Harzmattenbahn vom Zu
schneidetisch, der zugleich Wiegeplatte ist, kann das tat
sächliche Gewicht dieses Referenzteiles ermittelt werden,
welches in der Regel gegenüber dem einzuhaltenden Sollge
wicht zu hoch ist. Das Zuviel an Gewicht des aktuellen Refe
renzteiles wird - ähnlich wie im Zusammenhang mit Fig. 6
bereits beschrieben - in eine neue Zuschneidekontur umge
rechnet, von denen drei in Fig. 6 durch unterschiedlich ge
zeichnete Linienzüge angedeutet sind. Durch einen mehr oder
weniger breiten, zur Umrißform des Referenzteiles ähnlichen
Randbeschnitt wird das Referenzteil im Gewicht gezielt redu
ziert und dadurch das Sollgewicht des Nutzzuschnittes 33 ge
nau angesteuert. Neben dem formbedingten Verschnitt fällt
dann lediglich noch ein relativ schmaler, gewichtsbedingter
Randstreifen als Verschnitt an.
Claims (11)
1. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von gleichen SMC-
Teilen aus faserhaltigen, reaktionsfähigen Harzmatten, bei dem
für ein bestimmtes SMC-Teil aus ein und derselben, qua
si-endlosen Harzmattenbahn mehrere Zuschnitteile in unmit
telbarer Nachbarschaft zueinander herausgeschnittenen und zu
einem mehrlagigen Harzmattenstapel bestimmter Lagenzahl auf
gestapelt werden, welcher Harzmattenstapel nach lagedefi
niertem Einlegen in ein beheiztes Formwerkzeug einer Form
presse durch Fließpressen der erwärmten Masse des Harzmat
tenstapels in dem sich schließenden Formwerkzeug zu dem SMC-
Teil geformt, dieses anschließend in dem geschlossenen Form
werkzeug thermisch ausgehärtet und das fertig ausgehärtete
SMC-Teil aus dem geöffneten Formwerkzeug entnommen wird,
gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit
folgender Merkmale:
- - ein Zuschnitteil dieses Harzmattenstapels - nachfolgend Referenz-Zuschnitteil (24) genannt - wird mit einer für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) stets gleichbleibenden Form und Flächeninhalt (Fr) zugeschnitten und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen,
- - aus dem jeweiligen Gewicht (Gr,ist) und dem Flächeninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitteils (24) sowie aus dem vorbe stimmten, für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) stets gleichbleibenden Gesamtgewicht (Gg) aller Zu schnitteile (24, 25) wird der gemeinsam einzuhaltende Flä cheninhalt (Fu) der übrigen Zuschnitteile (25), die indivi duell zu dem gewogenen Referenz-Zuschnitteil (24) gehören, nach der Beziehung Fu = Fr.(Gg/Gr,ist - 1) ermittelt,
- - aus einem zu dem Referenz-Zuschnitteil (24) in der Harz mattenbahn (22) unmittelbar benachbart liegenden, nach Form und Größe passenden Flächenstück mit dem Flächenin halt (Fu) werden dann die übrigen Zuschnitteile (25) des jeweiligen Harzmattenstapels (31) herausgeschnitten und aufgestapelt.
2. Verfahren zum serienmäßigen Herstellen von gleichen SMC-
Teilen aus einem einlagigen Nutzzuschnitt einer faserhal
tigen, reaktionsfähigen Harzmatte, bei dem dieser Nutzzu
schnitt aus einer quasi-endlosen Harzmattenbahn in definier
ter Form und von vorbestimmten Gewicht herausgeschnittenen
und nach lagedefiniertem Einlegen in ein beheiztes Formwerk
zeug einer Formpresse durch Fließpressen der erwärmten, fa
serhaltigen Harzmasse des Nutzzuschnitts in dem sich schlie
ßenden Formwerkzeug zu dem SMC-Teil geformt, dieses an
schließend in dem geschlossenen Formwerkzeug thermisch aus
gehärtet und das fertig ausgehärtete SMC-Teil aus dem geöff
neten Formwerkzeug entnommen wird,
gekennzeichnet durch die Gemeinsamkeit
folgender Merkmale:
- - zunächst wird ein Referenz-Zuschnitt (32) mit einer für alle aufeinander folgenden SMC-Teile stets gleichbleiben den Form und Flächeninhalt (Fr) zugeschnitten und nach dem Zuschneiden jeweils für sich gewogen, wobei Form und Flä cheninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitts (32) so gewählt sind, daß der Referenz-Zuschnitt (32) selbst bei einem ge ringsten Flächengewicht der Harzmattenbahn (22') ausrei chend groß ist, um daraus den Nutzzuschnitt (33) mit dem vorgeschriebenen Gewicht (Gn) des Nutzzuschnitts (33) her ausschneiden zu können,
- - aus dem jeweiligen Gewicht (Gr,ist) und dem Flächeninhalt (Fr) des Referenz-Zuschnitts (32) sowie aus dem vorbestimm ten, für alle aufeinander folgenden SMC-Teile stets gleichbleibenden Gewicht (Gn) des Nutzzuschnitts (33) wird der Flächeninhalt (Fa) eines flächenmäßigen Überschusses des Referenz-Zuschnitts (32) gegenüber dem Flächeninhalt (Fn) des individuell aus dem gewogenen Referenz-Zuschnitt (32) zuzuschneidenden Nutzzuschnitts (33) nach der Bezie hung Fa = Fr.(1 - Gn/Gr,ist) ermittelt,
- - vom Rand des Referenz-Zuschnitts (32) wird ein ein- oder mehrteiliges Abfallstück (34) mit einem bestimmten Flä cheninhalt (Fa) in der Weise abgeschnitten, daß ein nach Form und Größe mit dem gewünschten Nutzzuschnitt (33) übereinstimmendes Flächenstück mit dem vorgeschriebenen Gewicht (Gn) zurückbleibt und dieses in das Formwerkzeug eingelegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei einem Harzmattenstapel (31), bei dem die übrigen Zu
schnitteile (25) rechteckig und außerdem zueinander kongru
ent ausgebildet sind, das eine Maß (l) der Rechteckseite der
übrigen Zuschnitteile (25) für alle aufeinander folgenden
Harzmattenstapel (31) unverändert gelassen, wogegen das quer
dazu liegende Maß (b) der Rechteckseite der übrigen Zu
schnitteile (25) für den aktuelle Harzmattenstapel (31) in
dividuell nach der Beziehung b = Fr.(Gg/Gr,ist - 1)/l.n bemessen
wird, wobei n die Anzahl der übrigen Zuschnitteile (25) be
deutet.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
das für alle aufeinander folgenden Harzmattenstapel (31) un
verändert gelassene Maß (l) der Rechteckseite parallel und
das für den aktuelle Harzmattenstapel (31) individuell be
messene Maß (b) der Rechteckseite der übrigen Zuschnitteile
(25) quer zur Längsrichtung der Harzmattenbahn (22) ausge
richtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Referenz-Zuschnitteil (24) ein solches Zuschnitteil des
Harzmattenstapels (31) ausgewählt wird, welches eine Größe
von etwa 20 bis 60% der Gesamtfläche aller Zuschnitteile
(24, 25) des Harzmattenstapels (31) aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Referenz-Zuschnitteil (24) das im Harzmattenstapel (31)
zuunterst liegende Zuschnitteil ausgewählt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Referenz-Zuschnitteil (24) und die übrigen Zuschnitteile
(25) eines jeden Harzmattenstapels (31) quer zur Längsrich
tung der Harzmattenbahn (22) nebeneinander aus der Harzmat
tenbahn (22) herausgeschnitten werden, derart, daß der in
Längsrichtung der Harzmattenbahn (22) benötigte Platz mög
lichst gering ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Zuschneiden der Zuschnitteile (24, 25; 32, 33, 34) durch
ein robotergeführtes Schneidwerkzeug (21) erfolgt, wobei die
Harzmattenbahn (22, 22') auf einer harten Unterlage auf
liegt.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Zuschneiden der Zuschnitteile (24, 25; 32, 33, 34) durch
ein Kreissägeblatt (21) als Schneidwerkzeug erfolgt, welches
eine Drehoszillationsbewegung mit mehr als 15.000 Zyklen je
Minute, vorzugsweise etwa 20.000 bis 30.000 Zyklen je Minute
sowie Drehoszillationshübe (h) ausführt, die zwar größer als
die Zahnteilung (t) aber geringer oder geringfügig größer
als die Stärke (s) der Harzmattenbahn (22, 22') sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
beim Zuschneiden durch das drehoszillierende Kreissägeblatt
(21) die Harzmattenbahn (22, 22') mittels einer glatten,
durchgehenden sowie stoß- und fugenfreien Unterlage (23) un
terstützt wird, die härter als die Schneidezähne des Kreis
sägeblattes (21) ist.
11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Harzmattenbahn (22, 22') beim Zuschneiden der Zuschnitt
teile (24, 25; 32, 33, 34) zuvor von etwaigen Abdeck- oder
Schutzfolien (26) entkleidet worden ist.
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