DE102012112416A1

DE102012112416A1 - Process for the production of a multilayer outer layer of fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers, and also a production plant for carrying out the process

Info

Publication number: DE102012112416A1
Application number: DE102012112416.7A
Authority: DE
Inventors: Dominik Harant; Kevin Wild; Holger Laukant
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-06-18
Also published as: WO2014095002A1; EP2931500A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, sowie eine Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.The present invention relates to a method for the production of a multi-layer fabric from fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers, as well as a production plant for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix. Aus der EP 1 315 613 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges bekannt, wobei zum Aufbau des mehrlagigen Vorgeleges entlang eines Fließbandes mittels eines Schneid- und Legekopfes die Matten in definierten Winkeln zueinander abgelegt entlang des Förderweges des Förderbandes das mehrlagige Vorgelege hergestellt wird. The present invention relates to a process for the production of a multilayer outer layer of fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers. From the EP 1 315 613 B1 a method for producing a multilayer counterweight is known, wherein the multilayer countershaft along an assembly line by means of a cutting and laying head the mats in defined angles to each other along the conveyor path of the conveyor belt, the multilayer countershaft is produced.

Nachteilig an dem im Stand der Technik offenbarten Verfahren ist jedoch, dass für jede einzelne Lage entlang des Fließbandes ein entsprechender Schneid- und Legekopf vorgesehen werden muss, so dass entsprechend mit jeder zu legenden Lage die Fertigungsanlage größer dimensioniert werden muss und die Fertigungsanlageninvestition ansteigt. Zudem müssen die Schneid- und Legeköpfe die Matten auf das sich bewegende Fließband ablegen, so dass die einzuhaltenden Toleranzen beim Ablegen der Matten nicht sehr hoch sein dürfen. A disadvantage of the method disclosed in the prior art, however, is that for each individual layer along the conveyor belt a corresponding cutting and laying head must be provided, so that correspondingly with each layer to be laid the manufacturing plant must be sized larger and the production equipment investment increases. In addition, the cutting and laying heads must place the mats on the moving conveyor belt, so that the tolerances to be observed when depositing the mats must not be very high.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Genauigkeit im Hinblick auf die Orientierung und den Abstand der Matten zueinander ermöglicht und gleichzeitig variabler und kostengünstiger ist. Object of the present invention is therefore to provide a method for producing a multilayer counterset, which compared to the prior art, a higher accuracy with respect to the orientation and spacing of the mats to each other and at the same time is variable and less expensive.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte:

(A) Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement mittels einer Legeeinheit,
(B) Aufnehmen der ersten Einzellage mit einer Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung des Abstandes der Matten zueinander,
(C) Verlagern der Greifeinheit mittels einer Transporteinheit und Ablegen der ersten Einzellage auf einem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit,
(D) Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement mittels der Legeeinheit,
(E) Aufnehmen der weiteren Einzellagen mit der Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und Verlagern der Greifeinheit mittels der Transporteinheit zu dem zweiten Ablageelement,
(F) Ablegen der weiteren Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen,
(G) Lagefixieren der Einzellagen mit einer Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege,
(H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G).

This object is achieved according to the invention by a method for producing a multilayer counterweight of fiber-reinforced mats with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers, comprising the following steps:

(A) construction of a first single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on a first storage element by means of a laying unit,
(B) receiving the first single layer with a gripping unit while maintaining the orientation of the distance of the mats to each other,
(C) displacing the gripping unit by means of a transport unit and depositing the first single layer on a second storage element by separating the first single layer from the gripping unit,
(D) construction of a further individual layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from one another on the first storage element by means of the laying unit,
(E) receiving the further individual layers with the gripping unit while maintaining the orientation and the distance of the mats to each other and displacing the gripping unit by means of the transport unit to the second storage element,
(F) depositing the further single layer in a defined position on the first single layer and / or an already deposited further single layer by separating the further single layer of the gripping unit, so that the individual layers overlap at least partially,
(G) fixing the individual layers with a fixing unit to a multilayer countershaft,
(H) terminating the process or continuing the process with at least one of steps (D) to (G).

Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, durch die örtliche Trennung der Prozessschritte des Aufbaus der Einzellagen und des Aufbaus des mehrlagigen Vorgeleges, diese beiden Schritte insbesondere parallel zueinander durchzuführen und die Fertigungszeit des mehrlagigen Vorgeleges entsprechend deutlich zu verringern. Des Weiteren lässt sich die definierte Orientierung und der definierte Abstand der Matten einer jeweiligen Einzellage einfach überwachen und steuern (z.B. durch ein Kamerasystem mit entsprechender Bildauswertung), so dass durch den getrennten Aufbau einer jeweiligen Einzellage sich die Qualität bzw. die Genauigkeit der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander sehr viel genauer einstellen lässt als bei einem Verfahren des Stands der Technik. Alternativ kann zu Beginn des Verfahrens in Schritt (A) der Aufbau einer ersten Einzellage nur eine Matte umfassen, die mittels einer Legeeinheit auf einem ersten Ablageelement aufgebaut wird. Advantageously, the method according to the invention makes it possible, by means of the local separation of the process steps of the construction of the individual layers and the construction of the multilayer countershaft, to carry out these two steps in parallel and significantly reduce the production time of the multilayer countershaft. Furthermore, the defined orientation and the defined distance of the mats of a single individual layer can be easily monitored and controlled (eg by a camera system with corresponding image analysis), so that the separate construction of a respective single layer, the quality or accuracy of the orientation and the Distance of the mats to each other much more accurate setting than in a method of the prior art. Alternatively, at the beginning of the process in step (A), the construction of a first single layer may comprise only one mat, which is constructed by means of a laying unit on a first storage element.

Durch die Benennung der Schritte mit den Buchstaben A bis H wird keine Bindung bzw. keine ausschließliche Bindung an eine zeitliche Reihenfolge verfolgt. Die Buchstaben dienen lediglich der Benennung bzw. Kennzeichnung der Schritte. So können die Schritte B, und C insbesondere zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich zu dem Schritt D vorgenommen werden. Die Schritte E bis G werden vorzugsweise aufeinanderfolgend vorgenommen, also Schritt F nach E und Schritt G nach F. Der Schritt D kann insbesondere während jedes Schritts der Schritte E bis G vorgenommen werden. By naming the steps with the letters A to H, no binding or exclusive binding to a chronological order is pursued. The letters serve only to name or mark the steps. Thus, the steps B, and C can be made in particular at the same time or substantially simultaneously with the step D. The steps E to G are preferably performed successively, ie step F to E and step G to F. The step D can be carried out in particular during each step of steps E to G.

Vorzugsweise ist mindestens ein Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit drehbar, um die Einzellagen vorpositionieren zu können. Preferably, at least one storage element in relation to the gripping unit is rotatable to pre-position the individual layers can.

Vorzugsweise ist mindestens ein Ablageelement (3, 7) und/oder die Greifeinheit (5) in Relation zu der Greifeinheit (5) und/oder dem Ablageelement (5) drehbar, um die Einzellagen (2, 8) vorpositionieren zu können. Eine Drehbarkeit entweder mindestens eines der Ablageelemente oder der Greifeinheit oder mindestens eines Ablageelementes und der Greifeinheit, ermöglicht es die Einzellagen auch winklig zueinander vorzupositionieren. Eine Drehbarkeit des ersten Ablageelementes in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es, dass nach dem Abschließen oder während des Aufbaus der ersten oder der weiteren Einzellage ein definierter Winkel in Relation zu der Greifeinheit eingestellt werden kann, so dass diese Winkelorientierung nicht von der Legeeinheit selbst vorgenommen werden muss. Alternativ kann diese Winkelorientierung auch durch eine Drehbarkeit der Greifeinheit realisiert werden. Durch die Winkelorientierung mittels einer bzw. beider drehbaren Ablageelemente in Relation zu der Greifeinheit kann so die Genauigkeit und Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert werden. Mindestens ein drehbares Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es zudem, nach dem erfolgten Aufbau der ersten bzw. der weiteren Einzellage diese in eine Aufnahmeposition zu verbringen, um gleichzeitig auf dem selben Ablageelement einen entsprechend freien Platz zum Aufbau einer weiteren Einzellage zu schaffen. Bevorzugt weisen die Auflageelemente hierfür eine kreisrunde Struktur auf. Preferably, at least one storage element ( 3 . 7 ) and / or the gripping unit ( 5 ) in relation to the gripping unit ( 5 ) and / or the storage element ( 5 ) rotatable about the individual layers ( 2 . 8th ) to be able to pre-position. A rotation of either at least one of the storage elements or the gripping unit or at least one storage element and the gripping unit, it allows the individual layers also angled pre-position each other. A rotatability of the first storage element in relation to the gripping unit makes it possible to set a defined angle in relation to the gripping unit after completion or during construction of the first or further single layer, so that this angular orientation is not performed by the laying unit itself got to. Alternatively, this angular orientation can also be realized by a rotatability of the gripping unit. By the angular orientation by means of one or both rotatable storage elements in relation to the gripping unit so the accuracy and speed of the method according to the invention can be further improved. At least one rotatable storage element in relation to the gripping unit also makes it possible to spend after the successful construction of the first or the further single layer in a receiving position to simultaneously create on the same storage element a correspondingly free space to build another single layer. Preferably, the support elements for this purpose have a circular structure.

Die Legeeinheit und / oder die Transporteinheit ist / sind vorzugsweise entlang einer Linearführungseinheit verfahrbar. Linearführungseinheiten ermöglichen eine hohe Präzision zur genauen Einhaltung der definierten Orientierung und des definierten Abstands beim Ablegen der wenigstens zwei Matten mittels der Legeeinheit oder während des Transports durch die Transporteinheit. The laying unit and / or the transport unit is / are preferably movable along a linear guide unit. Linear guide units allow a high degree of precision for the exact observance of the defined orientation and the defined distance when depositing the at least two mats by means of the laying unit or during transport through the transport unit.

Die Transporteinheit kann durch einen Industrieroboter gebildet sein. Hierzu eignen sich im Besonderen sogenannte Mehr-Achsen Roboter, insbesondere Fünf-Achsen Roboter, die entsprechende Greifeinheiten aufweisen oder denen entsprechende Greifeinheiten zugeordnet sind. The transport unit may be formed by an industrial robot. In particular, so-called multi-axis robots, in particular five-axis robots, which have corresponding gripping units or to which corresponding gripping units are assigned, are suitable for this purpose.

Besonders bevorzugt befinden sich die Legeeinheit und die Transporteinheit auf einer gemeinsamen Linearführungseinheit. Die Legeeinheit und die Transporteinheit sind infolge entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit verfahrbar. Eine entsprechende Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens kann hierdurch noch kompakter aufgebaut werden. Particularly preferably, the laying unit and the transport unit are located on a common linear guide unit. The laying unit and the transport unit can be moved as a result along a common linear guide unit. A corresponding manufacturing plant for carrying out the method can thereby be made even more compact.

Auf der Ablageoberfläche mindestens eines Ablageelementes kann mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen erzeugbar sein. Durch beispielsweise Vorsehen von kleinen Öffnungen in der Ablageoberfläche eines oder beider Ablageelemente kann durch Anlegen eines Unterdrucks mittels einer Unterdruckeinheit (also einer Einheit die einen Unterdruck bereitstellt) an diesen Öffnungen die erste bzw. die weiteren Einzellagen solange ortsfest gehalten werden, bis diese von der Greifeinheit aufgenommen oder mittels der Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege endgültig lagefixiert werden. On the storage surface of at least one storage element can be generated by means of a vacuum unit, a negative pressure for the stationary holding of the individual layers. By providing, for example, small openings in the storage surface of one or both storage elements, the first or the further individual layers can be held stationary by applying a negative pressure by means of a vacuum unit (ie a unit which provides a vacuum) at these openings until they are separated from the gripping unit be recorded or finally fixed in position by means of the fixing unit to a multilayer countershaft.

Die Fixiereinheit kann eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten umfassen. Die Greifeinheit kann insbesondere eine Saugglocke oder eine Vielzahl von Saugglocken umfassen. Die Greifeinheit kann ferner ein oder mehrere Flächenansaugelemente aufweisen. Hierbei ist eine im Wesentlichen ebene Fläche mit mehreren Ansaugöffnungen versehen, an welche ein Über- oder Unterdruck anlegbar ist. Ein Beispiel eines derartigen Flächensaugelementes wird unter dem Namen UniGripper vertrieben. The fixing unit may comprise an ultrasonic welding unit, a laser welding unit, a plasma welding unit, an electron beam welding unit, a sewing unit, a needling unit and / or a combination of the aforementioned units. The gripping unit may in particular comprise a suction cup or a plurality of suction cups. The gripping unit may further comprise one or more surface suction elements. In this case, a substantially flat surface is provided with a plurality of suction openings, to which an overpressure or underpressure can be applied. An example of such a surface suction is sold under the name UniGripper.

Vorzugsweise ist die Fixiereinheit mit der Greifeinheit verbunden. Dies kann es ermöglichen die Fertigungsanlage noch kompakter aufzubauen, da die Fixiereinheit zusammen mit der Greifeinheit verfahrbar ist und nicht separat transportiert werden muss. Preferably, the fixing unit is connected to the gripping unit. This can make it possible to construct the production plant even more compactly, since the fixing unit can be moved together with the gripping unit and does not have to be transported separately.

Die Ansaugöffnungen eines Flächensaugelementes können beispielsweise als Durchgang für eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten dienen. The suction openings of a surface suction element can serve, for example, as a passage for an ultrasonic welding unit, a laser welding unit, a plasma welding unit, an electron beam welding unit, a stitching unit, a needling unit and / or a combination of the aforementioned units.

Die Greifeinheit kann bevorzugt mindestens eine Saugglocke mit einem umlaufenden Rand aufweisen, welche über mindestens eine Druckleitung mittels Anlegen eines Unter- oder eines Überdrucks in einen Ansaugzustand oder einen Abstoßungszustand bringbar ist, wobei der umlaufende Rand im Ansaugzustand einen Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage einschließt. Bevorzugt kann eine Fixiereinheit mit einer Quelle einer hochenergetischen Strahlung (z.B. die Laserschweißeinheit oder die Plasmaschweißeinheit oder eine Elektronenstrahlschweißeinheit) vorgesehen sein, wobei diese Fixiereinheit derart angeordnet ist, dass die Strahlung innerhalb des umlaufenden Randes auf den Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage übertragbar ist. Vorzugsweise ist die hochenergetische Strahlung über oder durch die Druckleitung übertragbar. Die mindestens eine Saugglocke kann steif und unnachgiebig ausgebildet sein, so dass über die Saugglocke eine Druckkraft auf die erste und/oder weitere Einzellage übertragbar ist. Die Saugglocke kann alternativ elastisch und nachgiebig, insbesondere als Balgsaugglocke, ausgebildet sein. Im Bereich der Saugglocke kann ein mit der Fixiereinheit in Signalverbindung stehender Drucksensor vorgesehen sein, dessen Sensorsignal zur Freigabe der hochenergetischen Strahlung nutzbar ist. Die dem Teilbereich zugewandte Oberfläche der Saugglocke kann aus einem die hochenergetische Strahlung weitgehend reflektierenden Material gebildet oder mit diesem beschichtet sein. The gripping unit may preferably have at least one suction cup with a peripheral edge, which can be brought via at least one pressure line by applying a negative or an overpressure in a Ansaugzustand or a repulsion state, wherein the circumferential edge in the intake state includes a portion of the first or further single layer. Preferably, a fixing unit with a source of high-energy radiation (eg the laser welding unit or the plasma welding unit or an electron beam welding unit) may be provided, this fixing unit being arranged such that the radiation within the peripheral edge can be transferred to the partial area of the first or further single layer. Preferably, the high-energy radiation is transferable via or through the pressure line. The at least one suction cup can be rigid and unyielding, so that a pressure force can be transmitted to the first and / or further individual position via the suction cup. The suction cup may alternatively be elastic and yielding, in particular as Belgsaugglocke be formed. In the area of the suction cup, a pressure sensor which is in signal communication with the fixing unit can be provided, the sensor signal of which can be used to release the high-energy radiation. The part area facing surface of the suction cup can be formed from a high-energy radiation largely reflecting material or coated with this.

Die Legeeinheit kann eine Schneideinheit zur Bereitstellung der Matten umfassen. Bevorzugt ist die Schneideinheit entlang einer Tragstruktur der Legeeinheit bewegbar, die sich zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Hauptbewegungsrichtung der Legeeinheit erstreckt. Die Hauptbewegungsrichtung definiert sich insbesondere aus der Bewegungsrichtung einer Linearführungseinheit. Dies ermöglicht es die Matten an beliebigen Punkten eines zweidimensionalen Rasters auf dem ersten Ablageelement zu einer ersten oder weiteren Einzellage aufzubauen. The laying unit may comprise a cutting unit for providing the mats. Preferably, the cutting unit is movable along a support structure of the laying unit, which extends at least substantially perpendicular to the main movement direction of the laying unit. The main movement direction is defined in particular from the direction of movement of a linear guide unit. This makes it possible to construct the mats at any points of a two-dimensional grid on the first storage element to a first or further single layer.

Bevorzugt sind die Matten durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet. Entsprechende Bänder lassen sich besonders einfach einer Schneideinheit zuführen. Preferably, the mats are formed by blanks of a unidirectional continuous fiber reinforced band. Corresponding bands can be particularly easily fed to a cutting unit.

Alternativ können die Matten fertig konfektioniert einem Magazin entnommen werden. Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbares mehrlagiges Vorgelege eignet sich besonders vorteilhaft als Halbzeugmaterial für die Herstellung von faserverstärkten Formteilen für Kraftfahrzeuge, insbesondere z.B. für die Herstellung von faserverstärkten Batteriegehäusen für Traktionsbatterien, für die Herstellung von Reserveradmulden, Kofferraummulden, Radträgern, Querträgern oder Längsträgern oder allgemein insbesondere für die Herstellung von Kraftfahrzeug-Strukturteilen. Alternatively, the mats can be taken ready assembled a magazine. A multilayer backing which can be produced by the process according to the invention is particularly advantageously suitable as semifinished material for the production of fiber-reinforced molded parts for motor vehicles, in particular e.g. for the production of fiber-reinforced battery housings for traction batteries, for the production of spare wheel wells, trunk wells, wheel carriers, cross members or side members or in general in particular for the production of motor vehicle structural parts.

Die thermoplastische Matrix der faserverstärkten Matten kann Polyamid (PA), insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), POM (Polyoxymethylen), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethylenterephthalat (PET), vergleichbare Technische oder Hochtemperatur-Kunststoffmaterialien oder Kombinationen der vorgenannten Kunststoffmaterialien umfassen. The thermoplastic matrix of the fiber-reinforced mats may include polyamide (PA), in particular polyamide 6 and polyamide 6.6, polypropylene (PP), polyethylene (PE), POM (polyoxymethylene), polyphenylene sulfide (PPS), polyethersulfone (PES), polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), polyethylene terephthalate (PET), comparable technical or high-temperature plastic materials or combinations of the aforementioned plastic materials.

Die Fasern sind vorzugsweise Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder Carbonfasern, und/oder Aramidfasern und/oder polymere Fasern, und/oder synthetische Fasern und/oder Fasern von nachwachsenden Rohstoffen. Besonders bevorzugt sind die Fasern Endlosfasern bzw. als Endlosfasern ausgebildet. Endlosfasern sind Fasern, welche die jeweilige Matte in einer Richtung im Wesentlichen vollständig durchziehen. The fibers are preferably mineral fibers, in particular glass fibers, and / or carbon fibers, and / or aramid fibers and / or polymeric fibers, and / or synthetic fibers and / or fibers of renewable raw materials. Particularly preferably, the fibers are endless fibers or formed as continuous fibers. Continuous fibers are fibers which substantially completely pass through the respective mat in one direction.

Eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfasst mindestens:

– ein erstes und ein zweites Ablageelement,
– eine Legeeinheit zum Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement und zum Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement,
– eine Greifeinheit zum Aufnehmen der ersten Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und zum Aufnehmen der weiteren Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander,
– einer Transporteinheit zum jeweiligen Verlagern der Greifeinheit zu dem zweiten Ablageelement, wobei ein Ablegen der ersten Einzellage auf dem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit erfolgt, und wobei die weitere Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit abgelegt wird, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen,
– einer Fixiereinheit zum Lagefixieren der Einzellagen zu einem mehrlagigen Vorgelege.

A production plant according to the invention for carrying out the method according to the invention, in particular according to one of claims 1 to 8, comprises at least:

A first and a second storage element,
A laying unit for constructing a first single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element and for building a further single layer of at least two mats with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element,
- A gripping unit for receiving the first single layer while maintaining the orientation and the distance of the mats to each other and for receiving the further single layer while maintaining the orientation and the distance of the mats to each other,
- A transport unit for respectively displacing the gripping unit to the second storage element, wherein a depositing of the first single layer on the second storage element by separating the first single layer of the gripping unit takes place, and wherein the further single layer in a defined position on the first single layer and / or a already deposited further single layer is deposited by separating the further single layer of the gripping unit, so that the individual layers overlap at least partially,
- A fixing unit for fixing the position of the individual layers to a multilayer countershaft.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellender Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch: In the following the invention will be explained with reference to only one embodiment illustrative drawings. They show schematically:

1 bis 10 jeweils eine Draufsicht von oben auf eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. 1 to 10 in each case a top view onto a production plant according to the invention for carrying out the method according to the invention.

In den 1 bis 10 ist das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Fertigungsanlage zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 10 aus faserverstärkten Matten 1 mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix dargestellt. Beide Ablageelement 3, 7 sind in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellagen 2, 8 vorpositionieren zu können. Die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 sind entlang einer Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Hierbei sind die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Auf den Ablageoberflächen der beiden Ablageelemente 3, 7 ist mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen 2, 8 erzeugbar. Die Legeeinheit 4 weist eine Schneideinheit 22 zur Bereitstellung der Matten 1 auf. Die Schneideinheit ist orthogonal zur Hauptbewegungsrichtung der Linearführungseinheit 20 entlang einer Tragstruktur der Legeeinheit 4 beweglich. Die Matten 1 werden dabei durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet. In the 1 to 10 is the inventive method and the manufacturing plant according to the invention for producing a multilayer counterset 10 made of fiber-reinforced mats 1 shown with a thermoplastic at least partially surrounding the thermoplastic matrix. Both storage element 3 . 7 are in relation to the gripping unit 5 rotatable to the individual layers 2 . 8th to be able to pre-position. The laying unit 4 and the transport unit 6 are along a linear guide unit 20 traversable. Here are the laying unit 4 and the transport unit 6 along a common linear guide unit 20 traversable. On the storage surfaces of the two storage elements 3 . 7 is by means of a vacuum unit, a negative pressure for stationary holding the individual layers 2 . 8th produced. The laying unit 4 has a cutting unit 22 for providing the mats 1 on. The cutting unit is orthogonal to the main movement direction of the linear guide unit 20 along a support structure of the laying unit 4 movable. The mats 1 are doing by blanks formed a unidirectional endless fiber reinforced band.

1 zeigt den Schritt (A) des Aufbaus einer ersten Einzellage 2 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement 3 mittels einer Legeeinheit 4. 1 shows the step (A) of the construction of a first single layer 2 from at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance from each other on a first storage element 3 by means of a laying unit 4 ,

2 zeigt, dass nach dem erfolgten Aufbau der Einzellage 2 das Auflageelement 3 die erste Einzellage 2 in eine Aufnahmeposition dreht und die an einer Transporteinheit 6 befindliche Greifeinheit 5 sich der ersten Einzellage 2 nähert. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3. 2 shows that after the successful construction of the single layer 2 the support element 3 the first single position 2 turns into a pickup position and that on a transport unit 6 located gripping unit 5 the first single position 2 approaches. Parallel to this, the laying unit begins 4 in step (D) with the structure of a further single layer 8th from at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance to each other on the first storage element 3 ,

Die 3 zeigt den Schritt (B) des Aufnehmens der ersten Einzellage 2 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4. The 3 shows the step (B) of receiving the first single layer 2 with the gripping unit 5 while maintaining the orientation and spacing of the mats 1 to each other. As already explained above, the structure of the further single layer continues to take place in parallel 8th from at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance to each other on the first storage element 3 by means of the laying unit 4 ,

Die 4 zeigt den Schritt (C) des Verlagerns der Greifeinheit 5 – und damit der ersten Einzellage 2 – mittels der Transporteinheit 6 und das Ablegen der ersten Einzellage 2 auf einem zweiten Ablageelement 7 durch Trennen der ersten Einzellage 2 von der Greifeinheit 5. The 4 shows the step (C) of displacing the gripping unit 5 - and thus the first single position 2 - By means of the transport unit 6 and depositing the first single layer 2 on a second storage element 7 by separating the first single layer 2 from the gripping unit 5 ,

Die 5 zeigt, wie sich die Transporteinheit 6 mit der Greifeinheit 5 wieder dem ersten Auflageelement 3 nähern, während die Legeeinheit 4 den Aufbau der weiteren Einzellage 8 beendet. The 5 shows how the transport unit 6 with the gripping unit 5 again the first support element 3 approach while the laying unit 4 the structure of the further single layer 8th completed.

Die 6 zeigt einen Teil des Schritts (E) des Aufnehmens der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Hierbei hat das Ablageelement 3 die weitere Einzellage 8 durch eine Drehung um 180° in eine Aufnahmeposition verbracht. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) erneut mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3. Durch eine Drehung des zweiten Ablageelements 7 ist die erste Einzellage 2 in Relation zu der Greifeinheit 5 verdreht. Alternativ hätte die Greifeinheit 5 durch eine Drehung die erste Einzellage 2 bereits vor dem Ablegen in Relation zu dem zweiten Ablageelement 7 verdrehen können. The 6 shows a part of the step (E) of receiving the further single layer 8th with the gripping unit 5 while maintaining the orientation and spacing of the mats 1 to each other. This has the storage element 3 the further single position 8th Spent by a rotation of 180 ° in a receiving position. Parallel to this, the laying unit begins 4 in step (D) again with the structure of another single layer 8th from at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance to each other on the first storage element 3 , By a rotation of the second storage element 7 is the first single position 2 in relation to the gripping unit 5 twisted. Alternatively, the gripping unit would have 5 by turning the first single layer 2 even before placing in relation to the second storage element 7 can twist.

Die 7 zeigt den weiteren Teil des Schritts (E) des Verlagerns der Greifeinheit 5 – und damit der weiteren Einzellage 8 – mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und den Schritt (F) des Ablegens der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Gemäß Schritt (G) erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit einer Fixiereinheit 9 zu einem mehrlagigen Vorgelege 10, wobei die Fixiereinheit 9 mit der Greifeinheit 5 verbunden ist. The 7 shows the further part of the step (E) of displacing the gripping unit 5 - and thus the further single position 8th - By means of the transport unit 6 to the second storage element 7 and the step (F) of depositing the further single layer 8th in a defined position on the first single position 2 by separating the further single layer 8th from the gripping unit 5 so that the individual layers 2 . 8th at least partially overlap. According to step (G), the individual layers are fixed in position 2 . 8th with a fuser 9 to a multilayer counter 10 , wherein the fixing unit 9 with the gripping unit 5 connected is.

Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4. As already explained above, the structure of the further single layer continues to take place in parallel 8th from at least two mats 1 with a defined orientation and a defined distance to each other on the first storage element 3 by means of the laying unit 4 ,

Die 8 zeigt das Aufnehmen der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Das erste Ablageelement 3 ist in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellage 8 vorpositionieren zu können. Das erste Ablageelement 3 hat die weitere Einzellage 8 in einer Winkelorientierung zu der Greifeinheit vorpositioniert. The 8th shows the recording of the further single layer 8th with the gripping unit 5 while maintaining the orientation and spacing of the mats 1 to each other. The first storage element 3 is in relation to the gripping unit 5 rotatable to the single layer 8th to be able to pre-position. The first storage element 3 has the further single position 8th prepositioned in an angular orientation to the gripping unit.

Die 9 zeigt das Verlagern der Greifeinheit 5 – und damit der weiteren Einzellage 8 – mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und das Ablegen der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 und die bereits abgelegte weitere Einzellage 8 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Mit einer Fixiereinheit 9 erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 zu einem mehrlagigen Vorgelege 10. The 9 shows the displacement of the gripping unit 5 - and thus the further single position 8th - By means of the transport unit 6 to the second storage element 7 and the depositing of the further single layer 8th in a defined position on the first single position 2 and the already stored individual single position 8th by separating the further single layer 8th from the gripping unit 5 so that the individual layers 2 . 8th at least partially overlap. With a fuser 9 a position fixing of the individual layers takes place 2 . 8th to a multilayer counter 10 ,

Die 10 zeigt das Beenden des Verfahrens und die Entnahme des mehrlagigen Vorgeleges 10 von dem zweiten Auflageelement 7. The 10 shows the completion of the process and the removal of the multilayer counter 10 from the second support element 7 ,

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1315613 B1 [0001] EP 1315613 B1 [0001]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges (10) aus faserverstärkten Matten (1) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte: (A) Aufbau einer ersten Einzellage (2) aus wenigstens zwei Matten (1) mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement (3) mittels einer Legeeinheit (4), (B) Aufnehmen der ersten Einzellage (2) mit einer Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1) zueinander, (C) Verlagern der Greifeinheit (5) mittels einer Transporteinheit (6) und Ablegen der ersten Einzellage (2) auf einem zweiten Ablageelement (7) durch Trennen der ersten Einzellage (2) von der Greifeinheit (5), (D) Aufbau einer weiteren Einzellage (8) aus wenigstens zwei Matten (1) mit einer definierte Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement (3) mittels der Legeeinheit (4), (E) Aufnehmen der weiteren Einzellage (8) mit der Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1) zueinander und Verlagern der Greifeinheit (5) mittels der Transporteinheit (6) zu dem zweiten Ablageelement (7), (F) Ablegen der weiteren Einzellage (8) in einer definierten Position auf die erste Einzellage (2) und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage (8) durch Trennen der weiteren Einzellage (8) von der Greifeinheit (5), so dass sich die Einzellagen (2, 8) zumindest bereichsweise überlappen, (G) Lagefixieren der Einzellagen (2, 8) mit einer Fixiereinheit (9) zu einem mehrlagigen Vorgelege (10), (H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G). Method for producing a multilayer counterweight ( 10 ) made of fiber-reinforced mats ( 1 ) comprising a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers, comprising the following steps: (A) construction of a first single layer ( 2 ) of at least two mats ( 1 ) with a defined orientation and a defined distance from each other on a first storage element ( 3 ) by means of a laying unit ( 4 ), (B) picking up the first single layer ( 2 ) with a gripping unit ( 5 ) while maintaining the orientation and spacing of the mats ( 1 ), (C) displacing the gripping unit ( 5 ) by means of a transport unit ( 6 ) and depositing the first single layer ( 2 ) on a second storage element ( 7 ) by separating the first single layer ( 2 ) of the gripping unit ( 5 ), (D) construction of a further single layer ( 8th ) of at least two mats ( 1 ) with a defined orientation and a defined distance from each other on the first storage element ( 3 ) by means of the laying unit ( 4 ), (E) picking up the further single layer ( 8th ) with the gripping unit ( 5 ) while maintaining the orientation and spacing of the mats ( 1 ) to each other and displacing the gripping unit ( 5 ) by means of the transport unit ( 6 ) to the second storage element ( 7 ), (F) depositing the further single layer ( 8th ) in a defined position on the first single layer ( 2 ) and / or an already deposited individual single layer ( 8th ) by separating the further single layer ( 8th ) of the gripping unit ( 5 ), so that the individual layers ( 2 . 8th ) at least partially overlap, (G) fixing the position of the individual layers ( 2 . 8th ) with a fixing unit ( 9 ) to a multilayer countershaft ( 10 ), (H) terminating the process or continuing the process with at least one of steps (D) to (G).

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ablageelement (3, 7) und/oder die Greifeinheit (5) in Relation zu der Greifeinheit (5) und/oder dem Ablageelement (5) drehbar ist, um die Einzellagen (2, 8) vorpositionieren zu können. Method according to claim 1, characterized in that at least one storage element ( 3 . 7 ) and / or the gripping unit ( 5 ) in relation to the gripping unit ( 5 ) and / or the storage element ( 5 ) is rotatable about the individual layers ( 2 . 8th ) to be able to pre-position.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) und/oder die Transporteinheit (6) entlang einer Linearführungseinheit (20) verfahrbar ist/sind. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the laying unit ( 4 ) and / or the transport unit ( 6 ) along a linear guide unit ( 20 ) is / are movable.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) und die Transporteinheit (6) entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit (20) verfahrbar sind. Method according to claim 3, characterized in that the laying unit ( 4 ) and the transport unit ( 6 ) along a common linear guide unit ( 20 ) are movable.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Ablageoberfläche mindestens eines Ablageelementes (3, 7) mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen (2, 8) erzeugbar ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that on the storage surface of at least one storage element ( 3 . 7 ) by means of a vacuum unit, a negative pressure for the stationary holding of the individual layers ( 2 . 8th ) is producible.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (9) mit der Greifeinheit (5) verbunden ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fixing unit ( 9 ) with the gripping unit ( 5 ) connected is.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) eine Schneideinheit (22) zur Bereitstellung der Matten (1) aufweist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laying unit ( 4 ) a cutting unit ( 22 ) for providing the mats ( 1 ) having.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matten (1) durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet sind. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mats ( 1 ) are formed by blanks from a unidirectional continuous fiber reinforced band.

Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Production plant for carrying out the method according to one of claims 1 to 8.