DE102011007022A1 - Apparatus and process for the production of fiber preforms, which are in particular a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen, mehrere Greifer, und wenigstens ein erstes Formwerkzeug aufweist, wobei jeder Greifer auf einem Pfad zwischen einer Maximalposition und einer Abholposition hin und her bewegbar ist, wobei die Abholposition an einer Garnübergabestelle vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation ist als die Maximalposition, wobei eine oder mehrere Rückspuleinrichtungen vorgesehen sind, mit der Garne oder Rovings, die in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und erstem Formwerkzeug ausgegeben wurden, zumindest teilweise zurückgezogen werden können in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und Abwickelstationen und/oder an den Abwickelstationen aufgewickelt werden können. Weiterhin betrifft sie ein entsprechendes Verfahren, wobei folgende Verfahrensschritte nacheinander durchgeführt werden: – Spannen von Garnen oder Rovings mithilfe mehrerer Greifer – Drapieren der Garne oder Rovings über ein erstes Formwerkzeug – Abtrennen der Garne oder Rovings wobei nach dem Abtrennen, die Garne oder Rovings, die in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und erstem Formwerkzeug ausgegeben wurden, zumindest teilweise zurückgezogen werden in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und Abwickelstationen und/oder an den Abwickelstationen aufgewickelt werden.The invention relates to a device for producing fiber preforms, which in particular represents a preliminary stage in the production of fiber-reinforced plastic components, the device having a plurality of unwinding stations, a plurality of grippers, and at least one first mold tool, each gripper moving on a path between a maximum position and a pick-up position is movable back and forth, wherein the pick-up position is provided at a yarn transfer point and is closer to the unwinding station than the maximum position, wherein one or more rewinding devices are provided with which yarns or rovings that are output in the area between yarn transfer points and the first forming tool were, can be at least partially retracted into the area between yarn transfer points and unwinding stations and/or can be wound up at the unwinding stations. It also relates to a corresponding method, with the following method steps being carried out in succession: - Tensioning of yarns or rovings using a plurality of grippers - Draping of the yarns or rovings over a first mold - Separation of the yarns or rovings, with after separation, the yarns or rovings, the were issued in the area between yarn transfer points and the first mold, are at least partially retracted into the area between yarn transfer points and unwinding stations and/or are wound up at the unwinding stations.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen für die Bereitstellung mehrerer Garne oder Rovings, mehrere Greifer, die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings an ihrem Anfang greifen können, und wenigstens ein erstes Formwerkzeug aufweist, wobei jeder Greifer auf einem Pfad zwischen einer Maximalposition und einer Abholposition hin und her bewegbar ist, und wobei die Abholposition an einer Garnübergabestelle vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation ist als die Maximalposition.The invention relates to an apparatus for the production of fiber preforms, which in particular constitute a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components, the apparatus having a plurality of unwinding stations for providing a plurality of yarns or rovings, a plurality of grippers, each having one or more yarns or rovings on its Beginning, and having at least a first forming tool, each gripper being reciprocally movable on a path between a maximum position and a picking position, and wherein the picking position is provided at a yarn transfer point and closer to the unwinding station than the maximum position.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Faservorformlingen, die beispielsweise eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, insbesondere unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches folgende Verfahrensschritte nacheinander aufweist:
- – Spannen von Garnen oder Rovings mithilfe mehrerer Greifer
- – Drapieren der Garne oder Rovings über ein erstes Formwerkzeug
- – Abtrennen der Garne oder Rovings.
- - Clamping yarns or rovings using multiple grippers
- - Drape the yarns or rovings over a first mold
- - Separating the yarns or rovings.
Faserverstärkter Kunststoff besteht aus Matrixmaterial, das u. a. die Steifigkeit ergibt und aus Fasern, die in das Matrixmaterial eingebettet sind und die u. a. die Zugfestigkeit liefern. Faserverstärkter Kunststoff wird besonders für hochbelastetete Bauteile verwendet, die trotzdem noch möglichst leicht sein sollen. Da die Fasern in Querrichtung keine Festigkeit vermitteln, müssen die Fasern so ausgerichtet sein, dass ihre Längsrichtung mit der jeweiligen Belastungsrichtung möglichst gut übereinstimmt. Um das zu erreichen, müssen die Fasern oft in verschiedene Richtungen gelegt werden. Je besser und genauer die Faserlage an die Belastung angepasst ist, umso besser wird das Bauteil sein.Fiber-reinforced plastic consists of matrix material, the u. a. the stiffness results and from fibers that are embedded in the matrix material and the u. a. provide the tensile strength. Fiber-reinforced plastic is used especially for heavily loaded components, which should still be as light as possible. Since the fibers impart no strength in the transverse direction, the fibers must be aligned so that their longitudinal direction coincides as well as possible with the respective loading direction. To achieve this, the fibers often have to be laid in different directions. The better and more precisely the fiber layer is adapted to the load, the better the component will be.
Für Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff gibt es zahlreiche Herstellverfahren. Für die Produktion von großen Stückzahlen gut anwendbare Verfahren gibt es derzeit allerdings nur bei rotationssymmetrischen oder platten- bzw. strangförmigen Bauteilen durch Wickeln oder Platten- bzw. Strangpressen.For components made of fiber-reinforced plastic, there are numerous manufacturing processes. For the production of large numbers of well-applicable methods, however, there are currently only with rotationally symmetrical or plate- or strand-shaped components by winding or plate or extrusion.
Komplexere hochwertige 3-D-Strukturen lassen sich dagegen nur sehr aufwändig herstellen, da das Herstellen der benötigten Faservorformlinge schwierig, langsam und teuer ist. Hochwertige Strukturen werden meist mit Endlosfasern hergestellt. Bei vielen Verfahren werden zunächst Faservorformlinge entsprechend der gewünschten dreidimensionalen Bauteilform, sogenannte Preforms hergestellt, die überwiegend aus Fasern bestehen, welche oft in mehreren Lagen übereinander angeordnet sind, um die notwendigen Faserrichtungen zu erzielen. Anschließend werden die Faservorformlinge dann mit dem Matrixmaterial getränkt oder bestrichen, manchmal noch gepresst und zuletzt ausgehärtet. Sowohl für das Herstellen der Faservorformlinge als auch für das Tränken und/oder Aushärten der Bauteile können Formwerkzeuge entsprechend der gewünschten Bauteilform benutzt werden, auf oder in die der Faservorformling oder das Bauteil gelegt und/oder gepresst wird.On the other hand, more complex 3-D structures can only be produced in a very complex manner, since producing the required fiber preforms is difficult, slow and expensive. High quality structures are usually made with continuous fibers. In many processes, fiber preforms are first produced corresponding to the desired three-dimensional component shape, so-called preforms, which predominantly consist of fibers which are often arranged one above the other in several layers in order to achieve the necessary fiber directions. Subsequently, the fiber preforms are then soaked or coated with the matrix material, sometimes pressed and finally cured. For the production of the fiber preforms as well as for the impregnation and / or curing of the components, molding tools can be used according to the desired component shape onto which or in which the fiber preform or the component is placed and / or pressed.
Damit die Faservorformlinge eine ausreichende Formstabilität für die Weiterverarbeitung aufweisen, werden sie mit kleinen Mengen Kleber oder Binder versehen und nach dem dreidimensionalen Drapieren fixiert, z. B. durch Trocknung oder durch Erhitzen und Abkühlen.So that the fiber preforms have sufficient dimensional stability for further processing, they are provided with small amounts of adhesive or binder and fixed after the three-dimensional draping, z. B. by drying or by heating and cooling.
Die Faservorformlinge werden meist durch Übereinanderlegen und Fixieren von vorgefertigten und vorverbundenen flächigen Halbzeugen erstellt. Solche Halbzeuge sind etwa Tapes oder Gewebe, Gelege oder Vliese, bei denen eine Vielzahl von einzelnen Garnen oder Rovings bereits zu einem flächigen Gebilde verwebt, vernäht oder verklebt sind. Von einem Garn spricht man bei Verwendung sogenannter Endlosfasern, d. h. wenn die Fasern von einer Spule oder aus einem Knäuel abgewickelt werden. Zahlreiche Garne, die unverdreht gleichzeitig von einer Spule oder aus einem Knäuel abgewickelt werden, nennt man Garnbündel oder Roving. Dabei können die Rovings aus bis zu mehreren Zehntausend Einzelgarnen, die auch Filamente genannt werden, bestehen.The fiber preforms are usually created by superimposing and fixing of prefabricated and pre-bonded flat semi-finished products. Such semi-finished products are for example tapes or fabrics, scrims or nonwovens in which a multiplicity of individual yarns or rovings are already woven, sewn or glued into a flat structure. From a yarn is called using so-called continuous fibers, d. H. when the fibers are unwound from a spool or from a ball. Many yarns untwisted simultaneously from a spool or from a ball are called yarn bundles or rovings. The rovings can consist of up to several ten thousand single yarns, which are also called filaments.
Die benötigten Einzelteile werden aus dem flächigen Halbzeug, welches meist als Rollenware zur Verfügung steht, nach einer Art Schnittmuster zugeschnitten, wie es auch aus
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung von Faservorformlingen für komplexere Bauteile ist das automatisierte Faserlegen. Dabei werden schmale Garnbündel oder Bänder aus Garnbündeln von einem Faserlegekopf über dem Formwerkzeug hin und her geführt, und dabei nebeneinander und übereinander darauf abgelegt, angepresst und fixiert. Für komplexere Bauteile ist eine aufwändige roboterartige Steuerung des Faserlegekopfes notwendig. Auch bei Einsatz von zwei, drei oder sogar vier Faserlegeköpfen parallel ist die Fertigungsgeschwindigkeit noch relativ langsam, da die Köpfe oft lange Wege zurücklegen müssen und da sukzessive mit schmalen Faserbündeln gearbeitet wird. Des Weiteren haben sie eine sehr lange und komplizierte Garnnachführung vom Spulengatter zum mehrachsig bewegten Legekopf. Eine solche Garnnachführung in Schläuchen mit speziellen Führungsklingen, um ein Verdrehen der Rovings zu verhindern, ist beispielsweise in
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Faservorformlingen zu schaffen, so dass auch komplexere, hochwertige Strukturen leichter automatisierbar, aber flexibel in der Form und Faserausrichtung, schneller und kostengünstiger gefertigt werden können.The object of the invention is to provide an apparatus and a method for the production of fiber preforms, so that even more complex, high-quality structures can be easily automated, but can be made more flexible in shape and fiber orientation, faster and more cost-effectively.
Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.The object is achieved by the device with the features according to
Erfindungsgemäß zeichnet sich die Vorrichtung dadurch aus, dass eine oder mehrere Rückspuleinrichtungen vorgesehen sind, mit der Garne oder Rovings, die in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und erstem Formwerkzeug ausgegeben wurden, zumindest teilweise zurückgezogen werden können in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und Abwickelstationen und/oder an den Abwickelstationen aufgewickelt werden können. Dadurch wird unnötiger Verschnitt, wie er insbesondere bei Verwendung von flächigen Halbzeugen in großem Umfang anfällt, vermieden, da bereits ausgegebenes aber nicht benötigtes Fasermaterial rückbevorratet und wieder verwendet werden kann.According to the invention, the device is characterized in that one or more rewinding devices are provided, with which yarns or rovings which have been dispensed into the area between the yarn transfer points and the first mold can be at least partially withdrawn into the area between yarn transfer points and unwinding stations and / or the unwinding stations can be wound up. As a result, unnecessary waste, as obtained in particular when using sheet-like semi-finished products on a large scale, avoided since already spent but not required fiber material can be back-stored and reused.
Der Herstellprozess wird dadurch einfacher und schneller und kann parallelisiert erfolgen, und zusätzlich kann er besonders flexibel an verschiedene Bauteilformen angepasst werden. Besonders beim seriellen Herstellen stark dreidimensional gestalteter Faservorformlinge kommen die Vorteile zum Tragen. Somit können mehrere Garne oder Rovings gleichzeitig, schnell und kontrolliert nebeneinander aufgespannt werden. Die Vorrichtung ist dadurch so ausgestaltet, dass Ablegeraten von mehr als 2 kg/min oder sogar mehr als 3 kg/min an Garn- oder Rovingmaterial erreicht werden können. Weiterhin können sowohl die Abwickelstationen als auch die Garnführung durch die Greifer ortsfest bleiben.The manufacturing process is thereby simpler and faster and can be done in parallel, and in addition it can be adapted particularly flexible to different component shapes. Especially in the serial production of strongly three-dimensionally shaped fiber preforms, the advantages come into play. Thus, several yarns or rovings can be spread simultaneously, quickly and controlled side by side. The device is thereby designed so that deposition rates of more than 2 kg / min or even more than 3 kg / min of yarn or roving material can be achieved. Furthermore, both the unwinding stations and the yarn guide can remain stationary by the grippers.
Da auf die sonst üblichen flächigen Halbzeuge verzichtet wird und statt dessen direkt aus Garnen oder Rovings der Faservorformling drapiert und hergestellt wird, sind die Materialkosten gegenüber bekannten Verfahren viel niedriger. Durch die Parallelisierung kann trotzdem eine kurze Herstellzeit erreicht werden. Die flächigen Halbzeuge sind aufgrund der Vorfertigung recht teuer. Bei stark dreidimensionalen Bauteilen besteht bei der Verwendung von großflächigen Halbzeugen zudem noch die Gefahr von Faltenbildung. Bei kleinflächigen steigt andererseits der Aufwand für das Zuschneiden und Verbinden der Einzelteile.Since the usual flat semifinished products are dispensed with and instead the yarn preform is draped and produced directly from yarns or rovings, the material costs are much lower than known processes. Due to the parallelization, a short production time can nevertheless be achieved. The flat semi-finished products are quite expensive due to the prefabrication. In the case of strongly three-dimensional components, the use of large-area semi-finished products also entails the risk of wrinkling. In small-scale on the other hand increases the cost of cutting and joining the items.
Die Rückspuleinrichtungen können beispielsweise durch die Garnausgabeeinrichtungen oder durch die Abwickelstationen gebildet werden, wenn ein Antrieb oder eine Kupplung mit Richtungsumkehr vorgesehen wird. Sie können aber auch eine separate Einrichtung darstellen. Anstatt eines Rückaufwickeln auf die Spulen oder Garnknäuels (Bobbins) kann die zurückgezogene Garnlänge auch durch eine entsprechende Verlängerung des Garnweges zum Beispiel durch Verschieben von Garnführungselementen bis zur weiteren Verwendung gespeichert werden.The rewind means may be formed, for example, by the yarn dispensers or by the unwind stations, if a direction reversed drive or clutch is provided. But they can also be a separate device. Instead of being rewound onto the bobbins or bobbins, the withdrawn yarn length may also be stored by a corresponding extension of the yarn path, for example, by shifting yarn guide elements until further use.
Die Beschickung der Vorrichtung mit Garnen oder Rovings erfolgt von den Abwickelstationen. Die Abwickelstationen können beispielweise als sogenanntes Spulengatter ausgeführt sein. Dabei können die Garne oder Rovings von Spulen oder aus Garnknäuels (Bobbins) gezogen werden. Jede Garnübergabestelle bekommt Garne oder Rovings von einer oder von mehreren Abwickelstationen. Bevorzugt ist noch eine Trenneinrichtung, die die Garne oder Rovings zwischen einem Formwerkzeug und den Greifern trennen kann, und/oder eine Trenneinrichtung, die die Garne oder Rovings zwischen einem Formwerkzeug und den Garnübergabestellen trennen kann, vorgesehen.The feeding of the device with yarns or rovings takes place from the unwinding stations. The unwinding stations can be designed, for example, as a so-called creel. The yarns or rovings can be drawn from bobbins or bobbins. Each yarn transfer point receives yarn or rovings from one or more unwind stations. Also preferred is a separating device which can separate the yarns or rovings between a forming tool and the grippers, and / or a separating device which can separate the yarns or rovings between a forming tool and the yarn transfer points.
Bevorzugt hat jeder Greifer eine eigene Maximalposition und ist einer eigenen Garnübergabestelle zugeordnet, so dass die Greifer jeweils einzeln auf im Wesentlichen zueinander parallelen Pfaden bewegbar sind. Dadurch ergeben sich einfache Garnwege und das Rückspulen ist problemlos möglich.Preferably, each gripper has its own maximum position and is assigned to its own yarn transfer point, so that the grippers are individually movable on essentially parallel paths. This results in simple yarn paths and rewinding is easily possible.
Von Vorteil ist es, wenn die Greifer verschiedene individuelle Zwischenpositionen auf ihrem Pfad einnehmen können und wenn sie die jeweiligen Anfänge der Garne oder Rovings an diesen Zwischenpositionen festhalten können. Dadurch entsteht beim Abtrennen der Garne oder Rovings zwischen Greifer und Formwerkzeug auch weniger Verschnitt.It is advantageous if the grippers can take various individual intermediate positions in their path and if they can hold the respective beginnings of the yarns or rovings at these intermediate positions. This results in the separation of the yarns or rovings between gripper and mold less waste.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgeführt, dass die einzelnen Greifer jeweils auf einem im Wesentlichen linearen Pfad von der Abholposition zur Maximalposition bewegt werden können. Dadurch ergeben sich besonders einfache Garnführungen mit geringer Reibung. Bei komplizierteren Garnführungen kann ein Verflechten der Garne das Rückspulen behindern.In particular, the device according to the invention is designed so that the individual grippers can each be moved on a substantially linear path from the pickup position to the maximum position. This results in particularly simple yarn guides with low friction. at For more complicated yarn guides, interlacing the yarns can hinder rewinding.
Vorteilhaft anwenden lässt sich die Erfindung besonders, wenn mindestens 5 Greifer, bevorzugt mindestens 10 Greifer, besonders bevorzugt mindestens 20 Greifer vorhanden sind, insbesondere wenn die Greifer eine Klemmbreite von 10–500 mm, bevorzugt von 20–200 mm aufweisen und/oder wenn alle Greifer zusammen eine Gesamtklemmbreite von mindestens 1 m, bevorzugt von mindestens 2 m, besonders bevorzugt von mindestens 3 m aufweisen.The invention can be used particularly advantageously if at least 5 grippers, preferably at least 10 grippers, more preferably at least 20 grippers, are present, in particular if the grippers have a clamping width of 10-500 mm, preferably 20-200 mm, and / or if all Grippers together have a total clamping width of at least 1 m, preferably of at least 2 m, more preferably of at least 3 m.
In der Vorrichtung kann das erste und/oder ein zweites Formwerkzeug zwischen die Garnübergabestellen und zumindest einige der Greifer gebracht werden, insbesondere so, dass dadurch die Garne oder Rovings über das Formwerkzeug drapiert werden.In the apparatus, the first and / or a second forming tool can be brought between the yarn transfer points and at least some of the grippers, in particular so that thereby the yarns or rovings are draped over the forming tool.
Weiterhin kann eine Regelung der Garnspannungen der Garne oder Rovings vorgesehen sein. Beim Hineinfahren eines Formwerkzeuges in die gespannte Garn- oder Rovinglage werden die Garne vom Formwerkzeug ausgelenkt und die Garnspannung würde sich unkontrolliert ändern. Durch die Regelung kann die Garnspannung während des Herstellvorgangs und insbesondere auch während des Drapierens kontrolliert werden. Das ist wichtig, da die Garne oder Rovings nicht überbelastet werden dürfen, andererseits aber auch nicht zu lose liegen sollen, um optimale Bauteilfestigkeiten zu erreichen. Bei Verwendung von flächigen Halbzeugen können die Fasern dagegen nur weitgehend ohne Spannung aufgebracht werden. Und beim Ablegen mit einem Faserlegekopf muss das Garn entsprechend der Dreidimensionalität der Form mit genau berechneter Garnüberlänge in Form von Schlaufen oder ähnlichem abgelegt werden, damit die Garne dann beim Drapieren, d. h. beim Hinein- oder Zusammenfahren der Formwerkzeuge, die gespannte Länge haben. Durch die Regelung der Garnspannungen kann auf die normalerweise notwendige Berechnung der Legebahnen, die kompliziert und zeitaufwändig ist, verzichtet werden. Wichtig ist die Garnspannungsregelung auch wenn mehrere Greifer beim Aufspannen der Garne oder Rovings auf verschiedenen Zwischenpositionen, insbesondere nahe und entlang einer Außenkontur eines Formwerkzeuges, stehen. Später ergibt sich dadurch nur wenig Verschnitt an teurem Fasermaterial. Die dadurch allerdings auftretenden starken Auslenkungen der Garne oder Rovings können nur mit einer Regelung der Garnspannungen beherrscht werden.Furthermore, a control of the yarn tensions of the yarns or rovings may be provided. When driving a forming tool into the tensioned yarn or roving layer, the yarns are deflected by the forming tool and the yarn tension would change uncontrollably. By controlling the yarn tension during the manufacturing process and in particular during draping can be controlled. This is important, as the yarns or rovings must not be overloaded, but on the other hand should not be too loose in order to achieve optimum structural strengths. When using sheet semis, however, the fibers can only be applied largely without tension. And when laying with a fiber laying head, the yarn must be laid down in the form of loops or the like according to the three-dimensionality of the mold with accurately calculated yarn excess length, so that the yarns are then draped, i.e., draped. H. when driving in or driving the molds that have strained length. By controlling the yarn tensions, the normally necessary calculation of the laying webs, which is complicated and time-consuming, can be dispensed with. The yarn tension control is important, even if several grippers are in different intermediate positions when clamping the yarns or rovings, in particular near and along an outer contour of a molding tool. Later, this results in little waste of expensive fiber material. However, the resulting strong deflections of the yarns or rovings can be controlled only with a control of the yarn tensions.
Bevorzugt ist eine Trenneinrichtung, die die Garne oder Rovings zwischen dem ersten und/oder einem zweiten Formwerkzeug und den Greifern trennen kann, und/oder eine Trenneinrichtung, die die Garne oder Rovings zwischen dem ersten und/oder einem zweiten Formwerkzeug und den Garnübergabestellen trennen kann, vorgesehen.Preferred is a separating device which can separate the yarns or rovings between the first and / or a second forming tool and the grippers, and / or a separating device which can separate the yarns or rovings between the first and / or a second forming tool and the yarn transfer points , intended.
Insbesondere ist eine Trenneinrichtung für die Garne oder Rovings zwischen einem Formwerkzeug und den Garnübergabestellen vorgesehen, die geeignet ist, die Garne oder Rovings nahe an einer Außenkontur des ersten und/oder eines zweiten Formwerkzeuges zu trennen, insbesondere näher am Formwerkzeug als an den Garnübergabestellen.In particular, a separator for the yarns or rovings is provided between a forming tool and the yarn transfer points, which is adapted to separate the yarns or rovings close to an outer contour of the first and / or a second mold, in particular closer to the mold than at the yarn transfer points.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass jeder Rückspuleinrichtung, insbesondere jeder Abwickelstation oder jeder Gruppe von Abwickelstationen, eine eigene Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung zugeordnet ist, die bevorzugt so ausgeführt sind, dass jede Rückspuleinrichtung, insbesondere jede Abwickelstation oder jede Gruppe von Abwickelstationen, unterschiedliche Längen von Garnen oder Rovings zurückziehen kann. Besonders bei sehr stark dreidimensionalen Formen fallen unterschiedliche ausgegebene Garnlängen an.Furthermore, it is advantageous that each rewinding device, in particular each unwinding station or each group of unwinding stations, is assigned its own coupling and / or braking device, which are preferably designed such that each rewinding device, in particular each unwinding station or each group of unwinding stations, has different lengths withdraw from yarns or rovings. Especially with very strong three-dimensional shapes fall on different issued yarn lengths.
Besonders bevorzugt sind einer oder mehrere Sensoren vorgesehen, die die Positionen der Anfänge der Garne oder Rovings im Bereich der Garnübergabestellen erfassen können. Damit kann erkannt werden, wann die Anfänge an der gewünschten Position für das Aufnehmen mit den Greifer sind und wann der Rückspulvorgang gestoppt werden muss. Solche Sensoren können kamera-basiert, andere optische, elektrische oder mechanische Sensoren sein. Denkbar ist auch eine Garnspannungsmessung als Sensor einzusetzen.Particularly preferably, one or more sensors are provided which can detect the positions of the beginnings of the yarns or rovings in the area of the yarn transfer points. This can be used to detect when the beginnings are at the desired position for picking up with the gripper and when the rewinding must be stopped. Such sensors may be camera-based, other optical, electrical or mechanical sensors. It is also conceivable to use a yarn tension measurement as a sensor.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn eine oder mehrere Spreizeinrichtungen im Bereich der Garnübergabestellen vorgesehen sind, insbesondere als eine Art Kamm mit einer oder mehreren Reihen an Zinken ausgebildet. Dadurch werden die einzelnen Garne oder Rovings sowohl beim Ausgeben als auch beim Rückspulen sauber in ihrer Bahn gehalten. Sie sorgen dafür, dass die Garne oder Rovings möglichst flächendeckend nebeneinander liegen bzw. aufgespannt sind und auch beim Drapieren nicht seitlich verrutschen. Zusätzlich kann die Spreizeinrichtung auch mit einer Klemm- oder Bremseinrichtung versehen sein und die Spreizeinrichtung kann auch entlang der Garnwege oder Greiferpfade bewegbar sein. So kann zum Beispiel eine gewisse Garnspannung für das Rückspulen aufrecht erhalten werden.Furthermore, it is advantageous if one or more spreaders are provided in the area of the yarn transfer points, in particular as a kind of comb with one or more rows of prongs. As a result, the individual yarns or rovings are kept clean in their course both during dispensing and when rewinding. They ensure that the yarns or rovings lie as widely as possible next to each other or are stretched and do not slip sideways when draped. In addition, the spreader can also be provided with a clamping or braking device and the spreader can also be movable along the yarn paths or gripper paths. For example, a certain yarn tension for rewinding can be maintained.
Weiterhin ist es von Vorteil, jeder Abwickelstation oder jeder Gruppe von Abwickelstationen wenigstens eine Einrichtung zur Messung der jeweiligen Garnspannungen zuzuweisen, welche im Bereich der Garnübergabestelle und/oder zwischen der Abwickelstation und der Garnübergabestelle angeordnet ist und welche bevorzugt als Ringkraftaufnehmer an einer Umlenkstelle ausführt ist. Dadurch wird gewährleistet, dass jedes Garn- oder Roving-Bündel kontrollierte Garnspannung hat und entsprechend einzeln oder in kleinen Gruppen geregelt werden kann.Furthermore, it is advantageous to assign to each unwinding station or each group of unwinding stations at least one device for measuring the respective yarn tensions, which is arranged in the region of the yarn transfer point and / or between the unwinding station and the yarn transfer point and which preferably as Ringkraftaufnehmer performs at a deflection. This ensures that each yarn or roving bundle has controlled yarn tension and can be controlled individually or in small groups.
Mehrere Abwickelstationen bevorzugt maximal zehn, besonders bevorzugt maximal sechs können zu einer Gruppe zusammengefasst sein, die nur eine Garnspannungsregelung aufweisen. Um ausreichend flexibel zu sein, sollten mindestens so viele Abwickelstationen oder Gruppen von Abwickelstationen vorhanden sein, wie Greifer vorhanden sind.A plurality of unwinding stations, preferably a maximum of ten, particularly preferably a maximum of six, can be combined to form a group which has only one yarn tension control. To be sufficiently flexible, there should be at least as many unwind stations or groups of unwind stations as there are grippers.
Vorteilhafterweise ist jeder Abwickelstation oder jeder Gruppe von Abwickelstationen eine eigene Kupplungs- und/oder Bremseinrichtung zugeordnet. Weiterhin können die Garnspannungen für jede Abwickelstation einzeln geregelt werden. Dadurch kann ein gemeinsamer Antrieb an den Abwickelstationen oder den Garnübergabestellen für die Ausgabe der Garne vorgesehen sein. Die einzelnen Kupplungs- und/oder Bremseinrichtungen steuern dann die entsprechende Garnspannung bzw. trennen und verbinden den Antrieb mit Garnen.Advantageously, each unwinding station or group of unwinding stations is assigned its own coupling and / or braking device. Furthermore, the yarn tensions for each unwinding station can be controlled individually. As a result, a common drive can be provided at the unwinding stations or the yarn transfer points for the delivery of the yarns. The individual coupling and / or braking devices then control the corresponding yarn tension or separate and connect the drive with yarns.
Weiterhin kann das erste und/oder ein zweites Formwerkzeug mit einer Heizeinrichtung und/oder einer Anpresseinrichtung ausgestattet sein. Durch Temperatur- oder Druckerhöhung kann ein in der Lage vorhandener Binder aktiviert werden, so dass die Garne oder Rovings in der vorgegebenen Form fixiert und miteinander zunächst zu einer Lage und dann zum Faservorformling verbunden werden. Als Bindermaterial können beispielsweise Fäden oder Vliese, die zumindest teilweise aus Thermoplast oder Klebstoff bestehen, mit drapiert werden. Dadurch wird gleich mit dem Fasermaterial auch das zum Fixieren nötige Bindermaterial aufgebracht. Das Bindermaterial kann auch durch Hybridfäden, die neben Fasermaterial auch Bindermaterial enthalten, oder durch Beschichten oder Besprühen der Garne oder Rovings eingebracht werden. Das Bindermaterial kann auch nach dem Drapieren der Garne und Rovings über einem Formwerkzeug aufgebracht, zum Beispiel aufgesprüht werden. Durch das Fixieren einer Lage von Garnen oder Rovings wird eine gewisse Stabilität erreicht für das Aufbringen einer weiteren Lage von Garnen oder Rovings oder für das Weiterverarbeiten des Faservorformlings. Auf eine Voraktivierung des Bindermaterials bereits beim Ausgeben der Garne oder Rovings sollte verzichtet werden, da dies das Rückspulen verhindern würde.Furthermore, the first and / or a second molding tool can be equipped with a heating device and / or a pressing device. By increasing the temperature or pressure, a binder which is capable of being activated can be activated so that the yarns or rovings are fixed in the predetermined shape and joined together first to a layer and then to the fiber preform. As a binder material, for example, threads or nonwovens, which consist at least partially of thermoplastic or adhesive, are draped with. As a result, the binder material necessary for fixing is applied directly to the fiber material. The binder material can also be introduced by hybrid threads, which also contain binder material in addition to fiber material, or by coating or spraying the yarns or rovings. The binder material may also be applied, for example sprayed, onto a forming tool after draping the yarns and rovings. By fixing a layer of yarns or rovings, a certain stability is achieved for the application of another layer of yarns or rovings or for the further processing of the fiber preform. A pre-activation of the binder material already when dispensing the yarns or rovings should be dispensed with, as this would prevent the rewinding.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen entsprechend Anspruch 12, insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung nach einem der Vorrichtungsansprüche, gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale für das Verfahren sind in den abhängigen Ansprüchen genannt.The object is achieved by the method with the features according to claim 12, in particular in connection with a device according to one of the device claims. Further advantageous features for the method are mentioned in the dependent claims.
Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass nach dem Abtrennen, die Garne oder Rovings, die in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und erstem Formwerkzeug ausgegeben wurden, zumindest teilweise zurückgezogen werden in den Bereich zwischen Garnübergabestellen und Abwickelstationen und/oder an den Abwickelstationen aufgewickelt werden.According to the invention, the method is characterized in that, after the separation, the yarns or rovings which have been dispensed into the area between the yarn transfer points and the first mold are at least partially drawn back into the area between yarn transfer points and unwinding stations and / or at the unwinding stations.
Die dadurch erzielten Vorteile entsprechen den bei der Vorrichtung bereits genannten.The advantages achieved thereby correspond to those already mentioned in the device.
Damit die drapierten Garne oder Rovings die gewünschte Form behalten, können nach und/oder während des Drapierens die Garne oder Rovings formstabil fixiert werden, insbesondere durch eine Aktivierung von Bindermaterial, und bevorzugt durch Erwärmen und/oder Pressen. Für die Fertigstellung oder Weiterbearbeitung der Faservorformlinge kann es vorteilhaft sein, wenn das Fixieren bei jeder Lage separat und/oder nach der letzten Lage erfolgt.In order for the draped yarns or rovings to retain the desired shape, the yarns or rovings can be fixed in a dimensionally stable manner after and / or during draping, in particular by activation of binder material, and preferably by heating and / or pressing. For the completion or further processing of the fiber preforms, it may be advantageous if the fixing takes place separately and / or after the last layer in each layer.
Um besonders wenig Verschnitt zu bekommen, können beim Abtrennen die Garne oder Rovings nahe und entlang einer Außenkontur des ersten oder eines zweiten Formwerkzeuges getrennt werden.In order to obtain very little waste, the yarns or rovings can be separated during separation and close to and along an outer contour of the first or a second mold.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass mit einem oder mehreren Sensoren die Positionen der Anfänge der Garne oder Rovings im Bereich der Garnübergabestellen erfasst werden. Das Zurückziehen der Garne oder Rovings wird dann bei einem bestimmten Signal des Sensors gestoppt. Bevorzugt erfolgt für jede Abwickelstation oder für jede Gruppe von Abwickelstationen eine eigene Erfassung der Anfänge der Garne oder Rovings.Furthermore, it is advantageous that the positions of the beginnings of the yarns or rovings in the region of the yarn transfer points are detected with one or more sensors. The retraction of the yarns or rovings is then stopped at a certain signal from the sensor. Preferably, for each unwinding station or for each group of unwinding stations, a separate detection of the beginnings of the yarns or rovings takes place.
Unter Drapieren wird das Umformen bzw. in Form bringen der Garne oder Rovings mithilfe eines Formwerkzeuges verstanden. Das Drapieren kann in einer oder in mehreren Stufen erfolgen, indem das oder die Formwerkzeuge gleichzeitig oder nacheinander in die Lage aus aufgespannten Garnen oder Rovings hineinbewegt werden.Draping is the forming or shaping of yarns or rovings with the aid of a molding tool. Draping may be accomplished in one or more stages by moving the molding tool or dies simultaneously or sequentially into the plyed or roving ply.
Weiterhin können die Garnspannungen während des Drapierens im Wesentlichen jeweils konstant gehalten werden, bevorzugt auf den Werten, die bei Beginn des Drapierens vorliegen, und besonders bevorzugt auf einem gleichen Wert. Das heißt die Garnspannungen werden beim Aufspannen der Garne oder Rovings für die Lage auf die gewünschten Werte, insbesondere alle auf den gleichen Wert, gebracht und dann werden sie während des Drapierens bzw. Umformens konstant gehalten.Furthermore, the yarn tensions during draping can be kept essentially constant, preferably at the values which are present at the beginning of draping, and more preferably at the same value. That is, when the yarns or rovings for the sheet are stretched, the yarn tensions are brought to the desired values, in particular, all to the same value, and then kept constant during draping.
Von Vorteil ist es auch, wenn die Garnspannungen im Bereich der Garnübergabestellen und/oder zwischen den Abwickelstationen und den Garnübergabestellen gemessen werden.It is also advantageous if the yarn tensions in the area of the yarn transfer points and / or or between the unwinding stations and the yarn transfer points.
Bei einer seriellen Herstellung kann es vorgesehen sein, dass das Verfahren mehrmals nacheinander für das Ablegen mehrerer Lagen von Garnen oder Rovings auf dem ersten Formwerkzeug durchgeführt wird. Dies kann innerhalb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgen oder das Formwerkzeug wird nach dem Auflegen und Fixieren der einen Lage und dem Rückspulen der Garne oder Rovings in eine oder mehrere weitere erfindungsgemäße Vorrichtungen weitertransportiert, in denen jeweils eine weitere Lage an Garnen oder Rovings nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgelegt wird.In a serial production, it can be provided that the method is carried out several times in succession for depositing a plurality of layers of yarns or rovings on the first mold. This can be done within a device according to the invention or the mold is transported after placing and fixing the one layer and the rewinding of the yarns or rovings in one or more other devices according to the invention, in each of which a further layer of yarns or rovings launched by the inventive method becomes.
Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Sie zeigen in den
und in den
and in the
Nachfolgend werden die Figuren und die Ausführungsbeispiele detaillierter beschrieben.Hereinafter, the figures and the embodiments will be described in more detail.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens ist die Vorrichtung geeignet dazu bzw. werden von der Vorrichtung die folgenden Verfahrensschritte nacheinander oder teilweise parallel zueinander ausgeführt:
- – Bereitstellen der Garne oder Rovings und eventuell des Bindermaterials
- – Greifen der benötigten Garne oder Rovings und eventuell des Bindermaterials
- – Spannen der benötigten Garne oder Rovings durch entsprechendes Positionieren der Greifer
- – Erstes Drapieren über ein erstes Formwerkzeug
- – Zweites Drapieren mit einem zweiten Formwerkzeug
- – Fixieren der Lage aus Garnen oder Rovings
- – Abtrennen der Garne oder Rovings auf beiden Seiten der Formwerkzeuge
- – Rückspulen der ausgegebenen und nicht benötigten Garne oder Rovings
- – Öffnen der Formwerkzeuge
- – Drehen und/oder Weitergeben eines Formwerkzeuges mit der aufgebrachten Lage
- - Providing the yarns or rovings and possibly the binder material
- - Grasping the required yarns or rovings and possibly the binder material
- - Clamping the required yarns or rovings by appropriate positioning of the gripper
- - First draping over a first mold
- Second draping with a second mold
- - Fix the layer of yarn or rovings
- - Separating the yarns or rovings on both sides of the molds
- - Rewind the issued and unnecessary yarns or rovings
- - Opening the molds
- - Turning and / or passing a molding tool with the applied layer
Wiederholung des Ablaufes für das Aufbringen weiterer Lagen in derselben Vorrichtung oder in einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen bis zur Fertigstellung des Faservorformlings.Repetition of the process for applying further layers in the same device or in one or more further devices according to the invention until the completion of the fiber preform.
Als Fasermaterial für die Garne oder Rovings können Fasern z. B. aus Kohlenstoff (Carbon), Glas, oder Aramid oder andere Fasern verwendet werden. Und als Matrixmaterial für den faserverstärkten Kunststoff kommen z. B. thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff, Epoxidharz, anderer Kunststoff (Polymere) oder anderes Harz in Frage. Als Bindermaterial kann thermoplastischer Kunststoff oder Klebstoff verwendet werden. Es kann entweder bereits als Hybridgarn oder Hybrid-Roving vorliegen, d. h. einzelne Fasern oder Garne sind aus Bindermaterial, oder es kann zusammen mit den Garnen oder Rovings vom Greifer mit aufgespannt werden oder es wird auf die drapierten Garne oder Rovings aufgebracht oder aufgesprüht.As fiber material for the yarns or rovings fibers z. As carbon (carbon), glass, or aramid or other fibers are used. And as matrix material for the fiber-reinforced plastic z. As thermoplastic or thermosetting plastic, epoxy resin, other plastic (polymers) or other resin in question. The binder material may be thermoplastic or adhesive. It may either already be present as a hybrid yarn or hybrid roving, i. H. individual fibers or yarns are made of binder material, or it can be spanned along with the yarns or rovings from the gripper or it is applied or sprayed onto the draped yarns or rovings.
In
Auf der anderen Seite sind die Greifer
Ein Greifer
Unter Drapieren wird das Umformen bzw. in Form bringen der Garne oder Rovings mithilfe eines Formwerkzeuges verstanden. Das Drapieren kann in einer oder in mehreren Stufen erfolgen, indem das oder die Formwerkzeuge gleichzeitig oder nacheinander in die Lage aus aufgespannten Garnen oder Rovings hineinbewegt werden. Während des Drapierens ist es von Vorteil die Garnspannungen zu regeln, insbesondere konstant zu halten. D. h. es wird soviel Garn oder Roving ausgegeben, wie für das Drapieren an der entsprechenden Stelle des Formwerkzeuges notwendig ist. Um das zu erreichen können Brems- und Kupplungseinrichtungen vorgesehen sein. Bevorzugt ist jeder Abwickelstation oder jeder Gruppe von Abwickelstationen eine entsprechende Regelung zugeordnet. Damit wird verhindert, dass die Garne oder Rovings überbelastet oder zu lose verlegt werden. Die Garnspannungen können auch durch geeignete Messeinrichtungen im Bereich der Garnübergabestellen und/oder zwischen den Abwickelstationen und den Garnübergabestellen gemessen werden. Bevorzugt liegt der Wert der Garnspannungen zwischen 1 und 50 N/m2.Draping is the forming or shaping of yarns or rovings with the aid of a molding tool. Draping may be accomplished in one or more stages by moving the molding tool or dies simultaneously or sequentially into the plyed or roving ply. During draping, it is advantageous to regulate the yarn tensions, in particular to keep them constant. Ie. as much yarn or roving is dispensed as is necessary for draping at the appropriate location of the forming tool. To achieve this, brake and clutch devices can be provided. Preferably, each unwinding station or each group of unwinding stations is assigned a corresponding control. This prevents the yarns or rovings from being overloaded or loosely laid. The yarn tensions can also be measured by suitable measuring devices in the area of the yarn transfer points and / or between the unwinding stations and the yarn transfer points. The value of the yarn tensions is preferably between 1 and 50 N / m 2 .
In den
Im nächsten Schritt werden die Garne oder Rovings mithilfe des zweiten Formwerkzeuges
Die abgetrennten Garne oder Rovings
In
Dann werden die Garne oder Rovings der weiteren Lage aufgespannt bis zu einer Zwischenposition der Greifer und drapiert, indem das erste und das zweite Formwerkzeug
In
Das Aufbringen einer oder mehrerer weiterer Lagen kann in derselben Vorrichtung erfolgen oder in einer oder mehreren weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtungen, an die das erste Formwerkzeug zusammen mit der ersten Lage übergeben wird. In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1.1, 2, 2.11 1.1, 2, 2.1
- Reihen von AbwickelstationenRows of unwinding stations
- 3, 3', 4, 4'3, 3 ', 4, 4'
- Abwickelstationen in BenutzungUnwinding stations in use
- 5, 5.15, 5.1
- Reihe von GreifernRow of claws
- 6, 6'6, 6 '
- Greifer in AbholpositionGripper in pick-up position
- 7, 7.1, 7', 7.1'7, 7.1, 7 ', 7.1'
- Führungsvorrichtung für GreiferGuide device for grippers
- 8, 8.18, 8.1
- Lage der MaximalpositionenLocation of maximum positions
- 9, 9.19, 9.1
- Lage der AbholpositionenLocation of the pick-up positions
- 10, 10.1, 11, 11.1, 12, 12.110, 10.1, 11, 11.1, 12, 12.1
- Greifer in ZwischenpositionenGripper in intermediate positions
- 13, 13'13, 13 '
- Messeinrichtung für Garn-SpannungMeasuring device for yarn tension
- 14, 14.114, 14.1
- Garnübergabestellen (gegebenenfalls auch mit Spreizeinrichtung und/oder mit Einrichtung zur Bindervoraktivierung)Yarn transfer points (possibly also with spreader and / or with device for binder preactivation)
- 1515
- erstes Formwerkzeug in Abfahrpositionfirst mold in down position
- 15', 15.115 ', 15.1
- erstes Formwerkzeug in Drapierpositionfirst mold in draping position
- 1616
- zweites Formwerkzeug in Abfahrpositionsecond mold in departure position
- 16'16 '
- zweites Formwerkzeug in Drapierpositionsecond mold in draping position
- 1717
- HubtischLift table
- 1818
- Bindermaterialbinder material
- 19, 19.119, 19.1
- BindermaterialvorratBinder material stock
- 20, 20'20, 20 '
- Anfänge der Garne oder RovingsBeginnings of yarns or rovings
- 2121
- gespannte Garne oder Rovingstense yarns or rovings
- 2222
- drapierte Garne oder Rovingsdraped yarns or rovings
- 23, 23'23, 23 '
- abgetrennte Garne oder Rovingsseparated yarns or rovings
- 2424
- Verschnittblend
- 2525
- erste Lage von Garnen oder Rovingsfirst layer of yarns or rovings
- 26.1, 27.126.1, 27.1
- weitere Lage von Garnen oder Rovingsanother layer of yarn or rovings
- 28, 28.128, 28.1
- FaservorformlingFiber preform
- bb
- Klemmbreite eines GreifersClamping width of a gripper
- BB
- Gesamtklemmbreite aller GreiferTotal clamping width of all grippers
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R005 | Application deemed withdrawn due to failure to request examination |