DE102012218178A1

DE102012218178A1 - Device useful for producing fiber preforms, preferably a precursor in the preparation of fiber-reinforced plastic components, comprises many unwinding stations for providing many yarns, rovings or ribbons, and many grippers

Info

Publication number: DE102012218178A1
Application number: DE201210218178
Authority: DE
Inventors: Michael Kaiser; Marco Göttinger; Sebastian Gierl
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-10-05
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2013-11-21

Abstract

Device comprises many unwinding stations (3, 4) for providing many yarns, rovings or ribbons, and many grippers (6, 8). The gripper grips at least one yarn, roving or ribbons at its top. Each gripper is reciprocally movable on a path between a maximum position and a pick-up position. The pick-up position is provided at a yarn transfer point (14) and is closer to the unwinding station than the maximum position. The grippers are respectively movable in parallel paths so that the yarns, rovings or ribbons are parallely stretched. Each gripper is associated with a first yarn storage device (13). Device comprises many unwinding stations (3, 4) for providing many yarns, rovings or ribbons, and many grippers (6, 8). The gripper grips at least one yarn, roving or ribbons at its top. Each gripper is reciprocally movable on a path between a maximum position and a pick-up position. The pick-up position is provided at a yarn transfer point (14) and is closer to the unwinding station than the maximum position. The grippers are respectively movable in parallel paths so that the yarns, rovings or ribbons are parallely stretched. Each gripper is associated with at least one first yarn storage device (13), which comprises two stationary mounted deflection elements (9) and at least one freely movable tension roller translatable between a first and a second end position. The deflection elements and the tension roller of the yarns, rovings or ribbons are entwined so that the tension roller is arranged in the yarn flow between the deflection elements. The first yarn storage device is provided between the unwinding station and the yarn transfer point.

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 oder Bänder und mehrere Greifer, die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings oder Bänder an ihrem Anfang greifen können, 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, wobei die Greifer jeweils einzeln auf zueinander im Wesentlichen parallelen Pfaden bewegbar sind, so dass die Garne oder Rovings oder Bänder parallel aufgespannt werden können. The invention relates to a device for the production of fiber preforms, which in particular constitute a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components, the device having a plurality of unwinding stations for providing a plurality of yarns or rovings or ribbons and a plurality of grippers, each one or more yarns or rovings or bands at its beginning, each gripper being reciprocally movable on a path between a maximum position and a pick-up position, and wherein the pick-up position is provided at a yarn transfer point and closer to the unwind station than the maximum position, the grippers are each movable individually on substantially parallel paths, so that the yarns or rovings or bands can be clamped in parallel.

Faserverstärkter Kunststoff besteht aus Matrixmaterial 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 und je gleichmäßiger die Fasern angeordnet sind, umso besser wird das Bauteil sein. 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. Fiber-reinforced plastic consists of matrix material and of fibers which are embedded in the matrix material and which i.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 accurately the fiber layer is adapted to the load and the more uniformly the fibers are arranged, the better the component will be. 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, gepresst und ausgehärtet oder gepresst und konsolidiert. Sowohl für das Herstellen der Faservorformlinge als auch für das Tränken und/oder Aushärten bzw. Konsolidieren der Bauteile können Formwerkzeuge entsprechend der gewünschten Bauteilform benutzt werden, auf oder in die der Faservorformling oder das Bauteil gelegt und 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, pressed and cured or pressed and consolidated. Both for the production of the fiber preforms and for the impregnation and / or hardening or consolidation of the components molding tools can be used according to the desired component shape, or placed and pressed into the fiber preform or the component.

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. 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. Häufig ist dabei ein hoher Anteil manueller Tätigkeiten notwendig. Komplexere Formen sind maschinell und mit hoher Stückzahl noch nicht herstellbar.In order for the fiber preforms to have sufficient dimensional stability for further processing, they are provided with small amounts of adhesive or binder and fixed after three-dimensional draping, e.g. by drying or by heating and cooling. 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. A yarn is referred to when using so-called continuous fibers, i. 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. Often, a high proportion of manual activities is necessary. More complex shapes can not yet be produced by machine and in large numbers.

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 US 2008/0202691 A1 dargestellt. Another possibility for producing fiber preforms for more complex components is automated fiber laying. In this case, narrow bundles of yarns or bundles of yarn bundles are guided back and forth by a fiber laying head over the molding tool, and deposited, pressed and fixed next to and above one another. For complex components, a complex robot-like control of the fiber laying head is necessary. Even with the use of two, three or even four fiber lay heads in parallel, the production speed is still relatively slow, as the heads often have to travel long distances and successive narrow fiber bundles are used. Furthermore, they have a very long and complicated yarn tracking from the creel to the multi-axis moving laying head. Such a yarn tracking in tubes with special guide blades to prevent twisting of the rovings, for example, in US 2008/0202691 A1 shown.

Die noch unveröffentlichte Anmeldung DE 10 2011 007020 der Anmelderin beschreibt eine Vorrichtung zum automatisierbaren Herstellen von Faservorformlingen mit mehreren parallel bewegbaren Greifern zum Aufspannen und Ablegen von Fasern in einer Lage. Dabei wird eine Regelung der Garnspannung, insbesondere zum Konstant-Halten der Garnspannung, während des Aufspannens und Umformens vorgesehen. Um die Garnspannung konstant halten zu können, wird an den Abwickelstationen entsprechend der Umformung unterschiedlich viel und unterschiedlich schnell Garn abgezogen. Vor allem in Verbindung mit einer Spreizeinrichtung oder anderen Garnvorbereitungsschritten führt das zu unterschiedlicher Auffächerung oder ungleichmäßigem Abziehen der Garne. Die Abwickelstationen müssen ständig beschleunigt und abgebremst werden. Um die nachteiligen Auswirkungen zu reduzieren, muss die Abziehgeschwindigkeit begrenzt werden. Hohe Taktraten sind damit nicht realisierbar.The still unpublished application DE 10 2011 007020 Applicant describes an apparatus for the automated production of fiber preforms with a plurality of parallel movable grippers for mounting and depositing fibers in a layer. In this case, a regulation of the yarn tension, in particular for keeping the yarn tension constant, is provided during the clamping and forming. In order to be able to keep the yarn tension constant, the unwinding stations become different according to the deformation deducted yarn much and at different rates. Especially in conjunction with a spreader or other Garnvorbereitungsschritten leads to different fanning or uneven peeling of the yarns. The unwinding stations must be constantly accelerated and decelerated. To reduce the adverse effects, the peel rate must be limited. High clock rates are thus not feasible.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Vorrichtungen so weiterzuentwickeln, dass höhere Taktraten für komplexe Bauteile bei gleichzeitig zuverlässiger und sehr gleichmäßiger Aufspannung der Garne möglich werden. The object of the invention is to further develop the known devices so that higher clock rates for complex components with reliable and very uniform clamping of the yarns are possible.

Weiterhin muss die Vorrichtung eine hohe Flexibilität bei geringem Faserverschnitt ermöglichen. Furthermore, the device must allow high flexibility with low fiber waste.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ausgeführt wird. Dabei ist jedem Greifer zumindest eine Garnspeichereinrichtung zugeordnet, welche zwei ortsfest gelagerte Umlenkelemente und zumindest eine zwischen einer ersten und einer zweiten Position translatorisch frei verschiebbar gelagerte Spannrolle aufweist, wobei die Umlenkelemente und die Spannrolle von den Garnen oder Rovings oder Bändern so umschlungen sind, dass die Spannrolle im Garnverlauf zwischen den Umlenkelementen angeordnet ist, und wobei die Garnspeichereinrichtung zwischen Abwickelstation und Garnübergabestelle vorgesehen ist. Unter translatorisch frei verschiebbar gelagert wird verstanden, dass die Spannrolle in einer im Wesentlichen geradlinigen Weise verschiebbar ist. Beispielsweise in einer Schiene oder einer Führung und ohne dass dafür ein Antrieb vorgesehen ist. Eine Dämpfung oder eine gewisse Reibung oder eine gewisse Haltekraft können trotzdem vorhanden sein. Unter translatorisch soll gleichwohl auch noch eine geringe Krümmung des Verschiebeweges verstanden werden. Dabei besitzt die Spannrolle eine erste und eine zweite Endposition, zwischen denen sie verschiebbar ist. Die erste Endposition ist näher an den beiden Umlenkelementen als die zweite Endposition. Die Verschiebung wird durch eine kurzzeitige kleine Änderung in der Garnspannung ausgelöst, welche gegen die Gewichtskraft der Spannrolle oder gegen eine Haltekraft zum Beispiel von einer Feder wirkt. Durch die Verschiebung von der ersten Endposition in Richtung zur zweiten Endposition wird der Garnlaufweg zwischen den beiden Umlenkelementen verlängert, so dass Lauflänge zwischengespeichert wird. Die Geschwindigkeit der Garne oder Rovings oder Bänder ist während dieser Verschiebung am Auslauf kleiner als am Einlauf in die Garnspeichereinrichtung. Bei einer Verschiebung von der zweiten in Richtung zur ersten Endposition wird der Garnlaufweg zwischen den beiden Umlenkelementen verkürzt, die gespeicherte Lauflänge wird verringert. Während dieser Verschiebung ist die Geschwindigkeit am Auslauf größer als am Einlauf. The object is achieved in that the device is carried out according to claim 1. In this case, each gripper is assigned at least one Garnspeichereinrichtung having two fixedly mounted deflecting elements and at least one between a first and a second position translationally freely displaceably mounted tensioning roller, wherein the deflecting elements and the tensioning roller are wrapped by the yarns or rovings or ribbons so that the Tensioning roller is arranged in the yarn path between the deflecting elements, and wherein the yarn storage device is provided between the unwinding and yarn transfer point. By translationally freely displaceable it is understood that the tensioning roller is displaceable in a substantially rectilinear manner. For example, in a rail or a guide and without that a drive is provided. A damping or a certain friction or a certain holding force may nevertheless be present. By translational should also be understood even a slight curvature of the displacement. In this case, the tension roller has a first and a second end position, between which it is displaceable. The first end position is closer to the two deflecting elements than the second end position. The displacement is triggered by a short-term small change in the yarn tension, which acts against the weight of the tension roller or against a holding force, for example by a spring. Due to the displacement from the first end position in the direction of the second end position, the Garnlaufweg is extended between the two deflecting elements, so that run length is cached. The speed of the yarns or rovings or ribbons during this displacement at the outlet is smaller than at the inlet to the yarn storage device. In a shift from the second towards the first end position of the Garnlaufweg between the two deflection elements is shortened, the stored run length is reduced. During this shift, the speed at the outlet is greater than at the inlet.

Somit ist eine kurzzeitige Entkoppelung der Geschwindigkeiten beim Abwickeln und beim Aufspannen durch die Greifer oder beim Umformen möglich. Damit kann beispielsweise mit annähernd konstanter Geschwindigkeit oder mit nur geringen Geschwindigkeitsänderungen abgewickelt werden und trotzdem können diskontinuierlich Garne oder Rovings oder Bänder an der Garnübergabestelle abgezogen werden, indem etwa nacheinander aufgespannt, abgelegt, getrennt, umgeformt und wieder aufgespannt wird. Das schnelle Wechseln ist wichtig für eine hohe Taktrate und damit eine hohe Produktionsgeschwindigkeit. Die Entkoppelung der Geschwindigkeit kann auch dafür genutzt werden, dass auf der Seite der Garnübergabestellen überstehendes Garn nach dem Trennen zurückgezogen und somit wieder in den Garnspeicher transportiert wird, während kontinuierlich auf der andern Seite ebenfalls Garn in den Garnspeicher gefördert wird. Die Garnspeichereinrichtung reagiert ohne extra Regelung auf die von außen vorgegebenen Geschwindigkeiten und kompensiert somit vorübergehend auftretende Unterschiede. Thus, a short-term decoupling of the speeds during unwinding and clamping by the gripper or during forming is possible. Thus, for example, can be handled at approximately constant speed or with only small changes in speed and yet discontinuous yarns or rovings or ribbons can be deducted at the yarn transfer point, for example, successively clamped, stored, separated, reshaped and re-clamped. The quick change is important for a high clock rate and thus a high production speed. The decoupling of the speed can also be used so that on the side of the yarn transfer points projecting yarn is withdrawn after separation and thus transported back into the yarn storage, while continuously on the other side also yarn is fed into the Garnspeicher. The yarn storage device reacts without extra regulation on the externally given speeds and thus compensates for temporary differences.

Eine gleichmäßige Abwickelgeschwindigkeit ist wichtig für eine gleichmäßige Anordnung der Garne oder Rovings oder Bänder in Querrichtung. Eine ständige Geschwindigkeitsänderung bzw. eine zu schnelle Änderung der Geschwindigkeit reduziert die Qualität. Insbesondere wenn die Garne oder Rovings gespreizt werden, d.h. gleichmäßig nebeneinander aufgefächert werden, ist eine gleichmäßige Geschwindigkeit mit nicht zu großen oder abrupten Änderungen wichtig. In diesem Falle werden die Garne oder Rovings beispielsweise von der Abwickelstation nacheinander durch die Spreizeinrichtung, welche als mehrfache Umlenkung ausgeführt sein kann, durch die Garnspeichereinrichung und zur Garnübergabestelle geführt. Auch bei eine Bebinderung der Garne oder Rovings oder Bänder durch eine Bebinderungseinheit, d.h. wenn Bindermaterial aufgebracht wird, ist es wichtig eine relativ konstante Geschwindigkeit zu haben, damit die Binderverteilung gleichmäßig ist. Ansonsten wäre eine sehr schnelle Regelung verschiedener anderer Parameter notwendig, was sehr teuer und aufwändig wäre. A uniform unwinding speed is important for a uniform arrangement of the yarns or rovings or belts in the transverse direction. A constant speed change or too fast a change of the speed reduces the quality. In particular, when the yarns or rovings are spread, i. evenly fanned out side by side, a uniform speed with not too big or abrupt changes is important. In this case, the yarns or rovings, for example, from the unwinding one after the other by the spreading, which can be designed as a multiple deflection, passed through the Garnspeichereinrichung and the yarn transfer point. Even with a binding of the yarns or rovings or ribbons by a binding unit, i. When binder material is applied, it is important to have a relatively constant rate for the binder distribution to be uniform. Otherwise, a very fast control of various other parameters would be necessary, which would be very expensive and expensive.

Um ein komplexe Umformung zu erlauben, ist es wichtig, dass jedem Greifer eine eigene Garnspeichereinrichtung zugeordnet ist. To allow a complex forming, it is important that each gripper is assigned its own yarn storage device.

Die Spannrolle ist bevorzugt drehbar gelagert, um wenig Reibung auf die Garne oder Rovings oder Bänder auszuüben. Die ortsfest gelagerten Umlenkelemente können als glatte oder speziell beschichtete Stangen oder als drehbar gelagerte Rollen ausgeführt sein. The tension roller is preferably rotatably mounted to exert little friction on the yarns or rovings or bands. The fixedly mounted deflecting elements can be as smooth or special coated rods or be designed as a rotatably mounted rollers.

Um eine größere Garnlänge speichern zu können, kann jedem Greifer eine weitere Garnspeichereinrichtung zugeordnet sein, welche von den Garnen oder Rovings oder Bändern vor der einen Garnspeichereinrichtung durchlaufen wird und welche ebenfalls gemäß Anspruch 1 ausgeführt ist. Durch diese Hintereinander-Schaltung kann die Entkoppelung der Geschwindigkeiten noch weiter verstärkt werden. Es kann auch noch eine dritte solche Garnspeichereinrichtung vorgesehen werden. Besonders vorteilhaft kann die Anordnung mit zwei oder mehreren Garnspeichereinrichtungen eingesetzt werden, wenn die Garne oder Rovings oder Bänder zwischen der einen und der weiteren Garnspeichereinrichtung mehrmals umgelenkt, insbesondere durch eine Spreizeinrichtung geführt werden. Ebenso vorteilhaft ist es, wenn zwischen der einen und der weiteren Garnspeicherung eine Bebinderung vorgesehen ist. Dadurch können hintereinander in der gleichen Linie drei verschiedene Geschwindigkeitsniveaus realisiert werden. In order to be able to store a larger yarn length, each gripper can be assigned a further yarn storage device, which is traversed by the yarns or rovings or belts in front of a yarn storage device and which is likewise embodied according to claim 1. Through this series connection, the decoupling of the speeds can be further enhanced. It is also possible to provide a third such yarn storage device. Particularly advantageously, the arrangement can be used with two or more Garnspeichereinrichtungen when the yarns or rovings or ribbons are deflected several times between the one and the other yarn storage device, in particular by a spreader. It is equally advantageous if a binding is provided between the one and the further yarn storage. As a result, three different speed levels can be realized in succession in the same line.

Eine andere Variante, um mehr Garnlänge speichern zu können, ist, dass die eine und/oder die weitere Garnspeichereinrichtung zwei oder mehrere translatorisch verschiebbar gelagerte Spannrollen aufweist. Zwischen den Spannrollen können weitere ortsfest gelagerte Umlenkelemente vorgesehen sein.Another variant, in order to be able to store more yarn length, is that the one and / or the further yarn storage device has two or more tensioning rollers mounted in a translationally displaceable manner. Between the tension rollers further stationary mounted deflection can be provided.

Vorteilhafterweise sind zumindest eine oder mehrere, bevorzugt alle Spannrollen im Wesentlichen vertikal verschiebbar gelagert sind. Dadurch kann die Gewichtskraft der Spannrollen zum Konstanthalten der Garnspannung genutzt werden, ohne dass eine aufwändige Spannungsregelung eingesetzt werden muss. Advantageously, at least one or more, preferably all tension rollers are mounted substantially vertically displaceable. As a result, the weight of the tension rollers can be used to keep the yarn tension constant, without the need for a complex voltage control must be used.

Somit wird eine einfache technische Umsetzung möglich, die sowohl eine Geschwindigkeitsentkopplung als auch eine Spannungskontrolle erlaubt. Die Spannrolle kann je nach gewünschter Garnspannung leichter oder schwerer oder auch mit einem Zusatzgewicht ausgeführt sein. Die Verschiebung kann auch geneigt vorgesehen sein, so dass nur ein Teil der Gewichtskraft auf die Garne oder Rovings oder Bänder übertragen wird. Thus, a simple technical implementation is possible, which allows both a speed decoupling and a voltage control. Depending on the desired yarn tension, the tension pulley may be lighter or heavier or may be designed with an additional weight. The displacement may also be provided inclined, so that only part of the weight is transferred to the yarns or rovings or ribbons.

Um den vorteilhaften Effekt ausreichend und effektiv nutzen zu können, sollte die verschiebbare Lagerung einer oder aller Spannrollen einen maximalen Verschiebeweg zwischen 150 und 2000 mm, bevorzugt zwischen 150 und 1500 mm aufweisen. Als Speicherkapazität einer Spannrolle ist eine Garnlänge maximal bis zum Doppelten der Verschieblänge möglich. In order to be able to use the advantageous effect sufficiently and effectively, the displaceable mounting of one or all tension rollers should have a maximum displacement between 150 and 2000 mm, preferably between 150 and 1500 mm. The maximum storage capacity of a tension roller is up to twice the displacement length.

Um die Speicherkapazität möglichst gut auszunutzen, ist es von Vorteil, wenn eine oder mehrere, bevorzugt alle Spannrollen in ihrer zweiten Position, also bei maximaler Befüllung des Speichers, zwischen 100 und 180° umschlungen sind. In order to make the best possible use of the storage capacity, it is advantageous if one or more, preferably all tension rollers in their second position, ie at maximum filling of the memory, are looped between 100 and 180 °.

Um ein gewisses Reaktionsverhalten der Garnspeichereinrichtung zu erzeugen, können eine oder mehrere Spannrollen über eine Feder oder einen Pneumatik-Kolben oder einen Hydraulik-Kolben mit einem feststehenden Rahmen verbunden sind. Dadurch ist eine gewisse Dämpfung im Verhalten oder eine leichte Veränderung der Garnspannung möglich. In order to produce a certain reaction behavior of the yarn storage device, one or more tension rollers may be connected to a fixed frame via a spring or a pneumatic piston or a hydraulic piston. As a result, a certain damping in the behavior or a slight change in the yarn tension is possible.

Um eine Rückmeldung des jeweiligen Speicherzustandes zu bekommen können, an einer oder mehreren, insbesondere an allen Spannrollen Positionsgeber oder Endschalter vorgesehen sind, zur Überwachung der gespeicherten Garnlänge. Die Endschalter können auch so eingesetzt werden, dass sie nur anzeigen, wenn die jeweilige Endposition erreicht wird. Dadurch kann beispielsweise ein Abschalten der Vorrichtung ausgelöst werden, um ein Abreißen der Garne zu vermeiden. In order to be able to obtain feedback of the respective memory state, positioners or limit switches are provided on one or more, in particular on all tensioning rollers, for monitoring the stored yarn length. The limit switches can also be used so that they only indicate when the respective end position is reached. As a result, for example, a shutdown of the device are triggered to prevent tearing of the yarns.

Da weniger komplexer Steuerungsaufwand notwendig ist, können nicht nur mehr Teile pro Zeiteinheit gefertigt werden, sondern auch die Umstellung von einer Bauteilform auf eine andere ist viel schneller und flexibler möglich. Since less complex control effort is necessary, not only can more parts be produced per unit time, but also the change from one component form to another is much faster and more flexible possible.

Besonders vorteilhaft kann die Erfindung auch eingesetzt werden für die nachfolgend beschrieben Vorrichtungen. Die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder können auf einem Tisch oder über ein Formwerkzeug, welche unter den aufgespannten Garnen oder Rovings oder Bändern angeordnet sind, abgelegt werden. Auf dem Tisch oder über dem Formwerkzeug entsteht eine Lage. Zum Abschneiden sind eine oder mehrere Trenneinrichtungen vorgesehen, die die Garne oder Rovings oder Bänder im Bereich der Garnübergabestellen trennen können. Nach dem Trennen kann eine weitere Lage beispielweise unter einem anderen Winkel aufgelegt werden. Particularly advantageously, the invention can also be used for the devices described below. The stretched yarns or rovings or ribbons can be placed on a table or by means of a forming tool, which are arranged under the stretched yarns or rovings or ribbons. On the table or over the mold creates a position. For cutting one or more separators are provided which can separate the yarns or rovings or ribbons in the area of the yarn transfer points. After separation, another layer can be placed, for example, at a different angle.

Die Garne oder Rovings oder Bänder sind bevorzugt aus Carbon-, Glas- oder Aramidfasern. Als Fasermaterial können auch Gewebe- oder Gelegebänder geklemmt werden. Um eine gewisse Formstabilität für den Faservorformling zu erreichen, können die Fasern oder Rovings oder Bänder bereits Bindermaterial enthalten oder es kann zwischen Abwickelstation und Garnübergabestelle oder nahe der Abholposition Bindermaterial aufgetragen werden. Das Bindermaterial kann auch erst auf die aufgespannte oder abgelegte Lage aufgebracht werden. Zum Beispiel durch Sprühen. Auf den Garnen oder Rovings oder Bändern kann auch bereits das Matrixmaterial aufgebracht sein, welches nach der Umformung dann konsolidiert bzw. ausgehärtet wird. In diesem Fall enthält der Faservorformling bereits Matrixmaterial in noch nicht ausgehärteter bzw. noch nicht voll konsolidierter Form. The yarns or rovings or ribbons are preferably made of carbon, glass or aramid fibers. As fiber material also tissue or Gelegebänder can be clamped. In order to achieve a certain dimensional stability for the fiber preform, the fibers or rovings or tapes may already contain binder material or binder material may be applied between the unwinding station and the yarn transfer point or near the pick-up position. The binder material can also be applied only to the unfolded or deposited layer. For example by spraying. On the yarns or rovings or ribbons can also already Be applied matrix material, which is then consolidated or cured after forming. In this case, the fiber preform already contains matrix material in not yet cured or not yet fully consolidated form.

Die mehreren 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. The several 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.

Bevorzugt ist die Klemmbreite der Greifer jeweils 10 bis 500 mm, besonders bevorzugt 30 bis 100 mm. Dadurch lassen sich ausreichend fein die jeweiligen Bauteilkonturen abbilden. Gegebenenfalls können die Greifer auch verschiedene Breiten aufweisen, um entsprechende Konturen ohne unnötigen Aufwand abbilden zu können. The clamping width of the grippers is preferably 10 to 500 mm, particularly preferably 30 to 100 mm. As a result, the respective component contours can be reproduced sufficiently fine. Optionally, the grippers may also have different widths to map corresponding contours without undue effort.

Um eine sinnvolle Fläche für die Herstellung von Faservorformlingen erzeugen zu können bei gleichzeitig guter Flexibilität der Vorrichtung, ist es vorteilhaft, wenn mindestens 5 Greifer, bevorzugt mindestens 10 Greifer, besonders bevorzugt mindestens 20 bis maximal 40 Greifer vorhanden sind. Dadurch können komplexere Konturen gut abgebildet werden. Bei mehr als 40 Greifern wird allerdings der apparative Aufwand zu groß.In order to be able to produce a useful surface for the production of fiber preforms while maintaining good flexibility of the device, it is advantageous if at least 5 grippers, preferably at least 10 grippers, more preferably at least 20 to a maximum of 40 grippers are present. As a result, more complex contours can be displayed well. With more than 40 grippers, however, the expenditure on equipment becomes too great.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bevorzugt einen Tisch aufweisen, der um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden drehbar ist und der im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden angehoben und abgesenkt werden kann. Durch das Anheben kann der Tisch beispielsweise in die Ebene der aufgespannten Garne gebracht werden, so dass diese besser auf ihm abgelegt werden können. Das Drehen des Tisches ermöglicht das Ablegen mehrerer Lagen unter verschiedenen Faserwinkeln für eine belastungsgerechte Herstellung des Faservorformlings, beispielsweise unter +/–30°, +/–45°, +/–60°, +/–90°. Der drehbare Tisch ist daher bevorzugt um +/–30° bis +/–90° drehbar. The device according to the invention may preferably have a table, which is rotatable about an axis substantially perpendicular to the paths and which can be raised and lowered substantially perpendicular to the paths. By lifting the table can be brought, for example, in the plane of the spanned yarns so that they can be better placed on it. The turning of the table makes it possible to deposit several layers at different fiber angles for a stress-oriented production of the fiber preform, for example below +/- 30 °, +/- 45 °, +/- 60 °, +/- 90 °. The rotatable table is therefore preferably rotatable by +/- 30 ° to +/- 90 °.

Um 3-dimensional verformte Faservorformlinge zu erzeugen, kann ein erstes Formwerkzeug vorhanden sein, das zwischen die Abholposition und die Maximalposition zumindest einiger Greifer gebracht werden kann, insbesondere so, dass dadurch die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder über das erste Formwerkzeug drapiert werden. Das erste Formwerkzeug kann beispielsweise auf dem Tisch befestigt sein und über diesen angehoben und abgesenkt, sowie gedreht werden. Besonders beim 3-dimensionalen Umformen mit gegebenenfalls hohem Umformgrad ist es wichtig, dass je Greifer unterschiedlich viel Garnlänge mit konstanter Garnspannung ausgezogen werden kann. Hier bietet die Erfindung große Vorteile ohne übermäßigen Aufwand, insbesondere da keine komplizierte Regelung notwendig ist. Durch die konstante Garnspannung kann ein Verziehen der Struktur des Faservorformlings reduziert werden. In order to produce 3-dimensionally deformed fiber preforms, a first molding tool can be provided, which can be brought between the pick-up position and the maximum position of at least some grippers, in particular in such a way that the spanned yarns or rovings or ribbons are draped over the first molding tool. The first mold may for example be mounted on the table and raised and lowered over this, as well as rotated. Especially with 3-dimensional forming with possibly high degree of deformation, it is important that each gripper different length of yarn can be pulled out with constant yarn tension. Here, the invention offers great advantages without excessive effort, especially since no complicated regulation is necessary. The constant yarn tension can reduce warping of the structure of the fiber preform.

Zusätzlich zum ersten Formwerkzeug können eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge vorhanden sein, die so mit dem ersten Formwerkzeug zusammengefahren werden können, dass sie die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder 3-dimensional umformen. Dadurch sind stärkere Umformungen und auch eine genauere Formgebung möglich. Das weitere Formwerkzeug kann als eine Haube ausgebildet sein, die eine Gegenform zum ersten Formwerkzeug bildet und die Faserlage an dieses andrückt. Die weiteren Formwerkzeuge können auch als mehrere Stempel oder Teilhauben ausgebildet sein, die die Faserlage nur an bestimmten Stellen an das erste Formwerkzeug andrücken, zum Beispiel in konkaven Bereichen oder an Kanten Übergängen der Form. Die weiteren Formwerkzeuge können auch in verschiedenen Richtungen und gegenüber der Vertikalen geneigt verfahrbar ausgeführt werden, um die Faserlagen der gewünschten Form entsprechend an das erste Formwerkzeug andrücken zu können. Auch hier lässt sich die Erfindung besonders vorteilhaft einsetzen. In addition to the first forming tool, there may be one or more further forming tools which can be moved together with the first forming tool so as to reshape the spanned yarns or rovings or ribbons in a 3-dimensional manner. As a result, stronger transformations and a more accurate shape are possible. The further mold may be formed as a hood, which forms a counter-mold to the first mold and presses the fiber layer to this. The further shaping tools can also be designed as a plurality of punches or partial hoods, which press the fiber layer only at specific locations on the first molding tool, for example in concave areas or at edge transitions of the mold. The other molds can also be made to be movable in different directions and inclined relative to the vertical in order to be able to press the fiber layers of the desired shape correspondingly to the first mold. Again, the invention can be used particularly advantageous.

Um das Bindermaterial zu aktivieren oder um die Lagen formbar zu machen, kann das erste und/oder eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge beheizt sein. Ebenso kann das erste und/oder eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge aber auch gekühlt sein, um bereits vorgewärmtes Bindermaterial bei der Formgebung wieder zu verfestigen. Weiterhin kann eine Heizeinrichtung, insbesondere eine IR-Strahlereinrichtung oder eine beheizte Platte, vorgesehen sein, die die Fasern oder Rovings oder Bänder beim oder nach dem Aufspannen erwärmt. Dadurch kann Bindermaterial aktiviert oder die aufgespannte Lage verformbarer gemacht werden. In order to activate the binder material or to make the layers malleable, the first and / or one or more further molding tools can be heated. Likewise, however, the first and / or one or more further molding tools can also be cooled in order to re-solidify already preheated binder material during shaping. Furthermore, a heating device, in particular an IR radiator device or a heated plate, can be provided, which heats the fibers or rovings or bands during or after clamping. As a result, binder material can be activated or the clamped layer can be made more deformable.

Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. By way of embodiments, further advantageous features of the invention will be explained with reference to the drawings. The features mentioned can not only be implemented advantageously in the illustrated combination, but also individually combined with each other.

1–4 bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 - 4 preferred embodiment of a device according to the invention

1 beim Abholen der Rovings (Seitenansicht) 1 when picking up the rovings (side view)

2 beim Abholen der Rovings (Draufsicht) 2 picking up the rovings (top view)

3 beim Aufspannen der Rovings (Draufsicht) 3 when roving up (top view)

4 beim Umformen der Rovings (Seitenansicht) 4 when forming the rovings (side view)

5 Ausschnitt einer Ausführung mit zwei nacheinander angeordneten Garnspeichereinrichtungen 5 Section of an embodiment with two sequentially arranged Garnspeichereinrichtungen

6 Variante einer Garnspeichereinrichtung mit zwei Spannrollen 6 Variant of a yarn storage device with two tension rollers

7 Variante mit drei Spannrollen, eine davon über eine Feder bzw. einen Kolben mit dem Rahmen verbunden 7 Variant with three tension rollers, one of which is connected to the frame via a spring or a piston

8 Variante mit einer waagrechten verschiebbar gelagerten Spannrolle 8th Variant with a horizontally displaceably mounted tension pulley

Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Die in den Figuren dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden für das Verarbeiten von Rovings beschrieben. Sie lassen sich aber analog genauso für Garne oder Bänder einsetzen. Die Vorrichtungen sind geeignet dazu, die folgenden Verfahrensschritte nacheinander oder teilweise parallel zueinander auszuführen:

– Bereitstellen der Rovings und eventuell des Bindermaterials
– Greifen der benötigten Rovings und eventuell des Bindermaterials
– Aufspannen der benötigten Rovings durch entsprechendes Positionieren der Greifer
– Drapieren oder Ablegen über ein erstes Formwerkzeug
– Umformen mit einem weiteren Formwerkzeug
– Fixieren der Lage aus Rovings
– Abtrennen der Rovings im Bereich der Garnübergabestellen
– Öffnen der Formwerkzeuge
– Drehen und/oder Weitergeben eines Formwerkzeuges mit der aufgebrachten Lage

The figures are described in more detail below. The devices according to the invention shown in the figures are described for the processing of rovings. But they can be used in the same way for yarns or ribbons. The devices are suitable for carrying out the following method steps successively or partly parallel to each other:

- Providing the rovings and possibly the binder material
- Grasping the required rovings and possibly the binder material
- Clamping the required rovings by appropriate positioning of the gripper
- Drape or drop over a first mold
- Forming with another mold
- Fix the layer of rovings
- Separation of the rovings in the area of the yarn transfer points
- 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. Repetition of the procedure for applying further layers in the same device or in one or more further devices according to the invention.

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 kommt z.B. thermoplastischer oder duromerer Kunststoff in Frage. Als Bindermaterial kann thermoplastischer Kunststoff, Duromer 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 Rovings vom Greifer mit aufgespannt werden oder es wird auf die drapierten Rovings aufgebracht oder aufgesprüht.As the fiber material for the yarns or rovings, fibers such as e.g. made of carbon (carbon), glass, or aramid or other fibers. And as a matrix material for the fiber reinforced plastic, e.g. thermoplastic or thermosetting plastic in question. The binder material may be thermoplastic, thermoset or adhesive. It may already be present as a hybrid or hybrid roving, i. individual fibers or yarns are made of binder material, or it can be spanned along with the rovings from the gripper or it is applied to the draped rovings or sprayed.

Die 1–4 zeigen eine bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung. In 1 und 2 ist das Abholen der Rovings mithilfe der Greifer dargestellt. Einmal in Seitenansicht und einmal in Draufsicht. Der grundsätzliche Aufbau der Vorrichtung ist ebenfalls erkennbar. Die Bereitstellung der Garne oder Rovings erfolgt über eine Vielzahl von Abwickelstationen 1, 2, 3, 4, in denen das Fasermaterial in Form von Spulen oder Garnknäuel (sogenannte Bobbins) bereitgestellt wird, und die in mehreren Reihen 1, 2 nebeneinander, hintereinander oder übereinander angeordnet sind. Die Anfänge der Garne oder Rovings 20 sind nur im jeweils benutzten Bereich für die benutzten Abwickelstationen 3, 4 schematisch dargestellt. Auch alle anderen Anfänge werden zu den entsprechenden Garnübergabestellen 14 eingefädelt, so dass sie von den zugehörigen Greifern in Abholposition 8 erfasst werden können. Die Lage der Abholpositionen ist mit 11 gekennzeichnet. So etwas wird zusammen auch als Spulengatter bezeichnet. Auf der anderen Seite der Vorrichtung sind die Greifer 6 in ihren Maximalpositionen 12 dargestellt. Die Klemmbreite eines Greifers ist bevorzugt etwas breiter als die wirkliche Breite der von einem Greifer geklemmten Rovings. Auch wenn nur gleichbreite Greifer dargestellt sind, so sind selbstverständlich auch Greifer mit unterschiedlichen Breiten möglich. Die Greifer müssen nicht unbedingt ihre Maximal- und Abholpositionen in einer Linie haben. Die Greifer sind jeweils an eine Führungsvorrichtung 10 gekoppelt. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise eine Stange oder ein Träger sein. Die Führungsvorrichtungen sind mit einem Antriebssystem verbunden. In der gezeigten Vorrichtung werden die Greifer parallel zueinander, auf linearen, waagrechten Pfaden verfahren. Sie können einzeln auch auf verschiedene Positionen verfahren werden. The 1 - 4 show a preferred device according to the invention. In 1 and 2 is the collection of the rovings using the gripper shown. Once in side view and once in plan view. The basic structure of the device is also recognizable. The provision of the yarns or rovings takes place via a large number of unwinding stations 1 . 2 . 3 . 4 in which the fiber material is provided in the form of bobbins or bobbins, and in several rows 1 . 2 next to each other, arranged one behind the other or one above the other. The beginnings of yarns or rovings 20 are only in the respectively used area for the used unwinding stations 3 . 4 shown schematically. All other beginnings become the corresponding yarn transfer points 14 threaded so that they are picked up by the associated grippers 8th can be detected. The location of the pick-up positions is with 11 characterized. Such a thing is also called a creel. On the other side of the device are the grippers 6 in their maximum positions 12 shown. The clamping width of a gripper is preferably slightly wider than the actual width of the rovings clamped by a gripper. Even if only equal width gripper are shown, of course, grippers with different widths are possible. The grippers do not necessarily have to have their maximum and pickup positions in line. The grippers are each to a guide device 10 coupled. The guide device may be, for example, a rod or a carrier. The guide devices are connected to a drive system. In the apparatus shown, the grippers are moved parallel to each other, on linear, horizontal paths. They can also be moved individually to different positions.

Die Greifer 8 befinden sich in Abholposition und holen jeweils an der ihnen zugeordneten Garnübergabestelle die Rovings ab, indem sie deren Anfänge 20 greifen. Es können mehrere Abwickelstationen 3, 4, zu einer Gruppe zusammengefasst und einem Greifer 8 zugeordnet werden. Ein Greifer 8 kann mehrere Rovings zusammen greifen. Auf jeden Fall sollten mindestens so viele Abwickelstationen 3, 4 wie Greifer 8 vorgesehen sein. Jedem Greifer 8 ist eine Garnübergabestelle 14 zugeordnet. Weiterhin kann es einen Bindermaterialvorrat geben, der beispielsweise zwischen den Reihen der Abwickelstationen angeordnet sein kann. Das Bindermaterial kann aber auch zwischen Abwickelstation und Garnübergabestelle oder auf die aufgespannten Rovings aufgetragen werden. Zwischen Abwickelstation 3, 4 und Garnübergabestelle 14 ist eine Garnspeichereinrichtung 13 angeordnet. Für jeden Greifer 8 ist eine eigene Garnspeichereinrichtung 13 vorgesehen, die je nach der jeweiligen Abzugsgeschwindigkeit reagieren können. Die Rovings werden über zwei Umlenkelemente 9 und eine dazwischen befindliche, translatorisch frei verschiebbar gelagerte Spannrolle 5 geführt. Die Spannrolle 5 ist zwischen einer ersten Endposition 5a und einer zweiten Endposition 5b im Wesentlichen vertikal verschiebbar. Dadurch verkürzt oder verlängert sich der Garnlaufweg. Die Verschiebung kann zum Beispiel in Schienen oder anderen Führungen realisiert werden. Wird beim Aufspannen kurzzeitig mehr Rovinglänge an der Garnübergabestelle 14 vom Greifer 8 abgezogen, als von der Abwickelstation 3, 4 nachgefördert wird, so wird die Spannrolle 5 angehoben. Der Speicher entleert sich. Ist das Aufspannen beendet und wird kein weiteres Rovingmaterial abgezogen, so bewegt sich bei konstanter Fördergeschwindigkeit am Einlauf in den Garnspeicher die Spannrolle 5 nach unten. Der Speicher wird wieder gefüllt. Durch die Garnspeichereinrichtung 13 kann die Abzugsgeschwindigkeit an der Garnübergabestelle 14 von der Fördergeschwindigkeit am Einlauf entkoppelt werden, was hohe Taktraten mit schnellen Wechseln in der Abzugsgeschwindigkeit erlaubt, ohne dass die Fördergeschwindigkeit an den Abwickelstationen 3, 4 verändert werden muss. Dadurch ist eine hohe Verteilungsqualiät in der Breite trotzdem gewährleitstet. Das ist insbesondere von Vorteil wenn zwischen Abwickelstation 3, 4, und Garnspeichereinrichtung 13 eine hier nicht dargestellte Garnaufbereitung, wie zum Beispiel eine Spreizeinrichtung oder eine Binderauftragseinheit vorhanden sind. Sowohl das Spreizen als auch der Binderauftrag erfordern eine möglichst gleichmäßige Garngeschwindigkeit. The grippers 8th are in pick-up position and pick up the rovings at the yarn transfer point assigned to them by their beginnings 20 to grab. There can be several unwinding stations 3 . 4 , grouped together and a gripper 8th be assigned. A gripper 8th can grab several rovings together. In any case, at least as many unwind stations should 3 . 4 like grapple 8th be provided. Every grapple 8th is a yarn transfer point 14 assigned. Furthermore, there may be a binder material supply, which may for example be arranged between the rows of unwinding stations. The binder material can also be applied between the unwinding station and the yarn transfer point or on the mounted rovings. Between unwinding station 3 . 4 and yarn transfer point 14 is a yarn storage device 13 arranged. For every grapple 8th is a separate yarn storage device 13 provided, which can react depending on the respective take-off speed. The rovings are over two deflection elements 9 and an intermediate, translational freely displaceably mounted tensioner 5 guided. The tension roller 5 is between a first end position 5a and a second end position 5b essentially vertically displaceable. This shortens or lengthens the Garnlaufweg. The displacement can be realized, for example, in rails or other guides. When stretching more roving at the yarn transfer point for a short time 14 from the gripper 8th deducted, as from the unwinding station 3 . 4 nachgefördert, so is the tension roller 5 raised. The memory empties. If the clamping is completed and no further roving material is withdrawn, the tension roller moves at a constant conveying speed at the inlet into the yarn store 5 downward. The memory is refilled. Through the yarn storage device 13 can the take-off speed at the yarn transfer point 14 be decoupled from the conveying speed at the inlet, which allows high clock rates with rapid changes in the take-off speed, without the conveying speed at the unwinding 3 . 4 must be changed. As a result, a high distribution quality in width is nevertheless ensured. This is particularly beneficial when between unwinding station 3 . 4 , and yarn storage device 13 a yarn preparation, not shown here, such as a spreader or a binder application unit are present. Both the spreading and the binder application require the most uniform possible yarn speed.

Zusätzlich ist ein erstes Formwerkzeug 18 auf einem Hubtisch 17 dargestellt, wobei das Formwerkzeug 18 auf oder mit dem Hubtisch 17 gedreht werden kann. Ein weiteres Formwerkzeug 16, das als Haube ausgeführt ist, ist in Abfahrposition also außerhalb der Pfade der Greifer dargestellt. Das weitere Formwerkzeug 16 ist in der Draufsicht nicht dargestellt. Und eine entsprechende Bewegungs- oder Absenkeinrichtung für das weitere Formwerkzeug 16 ist auch nicht extra dargestellt. Das weitere Formwerkzeug kann auch mehrteilig zum Beispiel aus mehreren Stempeln aufgebaut sein. Auf dem ersten Formwerkzeug 18 ist eine bereits abgelegte Lage 23 aus Rovings dargestellt. In addition, a first mold 18 on a lift table 17 shown, wherein the mold 18 on or with the lift table 17 can be turned. Another mold 16 , which is designed as a hood, is therefore shown in the down position outside the paths of the gripper. The other mold 16 is not shown in the plan view. And a corresponding movement or lowering device for the further mold 16 is not shown separately. The further mold can also be constructed in several parts, for example, of several stamps. On the first mold 18 is an already stored location 23 presented from rovings.

3 zeigt die Vorrichtung in Draufsicht beim Aufspannen der Rovings 21. Die Greifer sind in einer Zwischenposition 15. Je nach Form können die Greifer auch auf verschiedene Zwischenpositionen gefahren werden, so dass ein konturnahes Aufspannen mit wenig Verschnitt an teurem Fasermaterial möglich wird. Die Greifer 15 spannen eine Lage aus Rovings gleichzeitig auf. Über den aufgespannten Rovings 21 kann eine Heizeinrichtung, z.B. einer oder mehrere IR-Strahler, vorgesehen sein, um eventuell aufgebrachtes Bindermaterial oder bereits vorhandenes Matrixmaterial zu erwärmen und somit zu aktivieren. 3 shows the device in plan view when mounting the rovings 21 , The grippers are in an intermediate position 15 , Depending on the shape, the grippers can also be moved to different intermediate positions, so that a close-contour clamping with little waste of expensive fiber material is possible. The grippers 15 Tighten a layer of rovings at the same time. About the spanned rovings 21 For example, one heating device, eg one or more IR emitters, can be provided in order to heat and possibly activate activated binder material or already existing matrix material.

4 stellt die Vorrichtung beim Umformen der aufgespannten Faserlage dar. Der Hubtisch 17 ist nach oben gefahren, so dass die Rovings 22 über das erste Formwerkzeug 18 drapiert werden. Das weitere Formwerkzeug 16 ist mit dem ersten Formwerkzeug 18 zusammengefahren, so dass die Rovings 22 entsprechend umgeformt werden. Während des Umformens wird besonders bei komplizierteren 3-dimensionalen Bauteilen relativ viel zusätzliche Garnlänge in kurzer Zeit benötigt, um die Garnspannung konstant halten und damit ein Verschieben vermeiden zu können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt ein schnelles Schließen und Umformen. Das erste Formwerkzeug 18 und/oder das weitere Formwerkzeug 16 können beheizt sein, um Bindermaterial oder bereits vorhandenes Matrixmaterial zu erwärmen. Alternativ können das erste Formwerkzeug 18 und/oder das weitere Formwerkzeug 16 auch gekühlt sein, um bereits erwärmtes Bindermaterial abzukühlen und die Form somit zu fixieren. 4 represents the device during forming the clamped fiber layer. The lift table 17 drove up so the rovings 22 over the first mold 18 draped. The other mold 16 is with the first mold 18 moved together so the rovings 22 be reshaped accordingly. During forming, a relatively large amount of additional yarn length is needed in a short time, especially in the case of more complicated 3-dimensional components, in order to keep the yarn tension constant and thus avoid a shift. The device according to the invention allows rapid closing and forming. The first mold 18 and / or the further mold 16 may be heated to heat binder material or already existing matrix material. Alternatively, the first mold 18 and / or the further mold 16 also be cooled to cool already heated binder material and thus fix the shape.

In 5 ist als Ausschnitt der Bereich zwischen Abwickelstation 3, 4 und Garnübergabestelle 13 gezeigt. In dieser ebenfalls bevorzugten Ausführung sind zwei Garnspeichereinrichtungen 13 und 19 hintereinander angeordnet. Dazwischen kann eine Garnverarbeitungseinheit vorhanden sein, insbesondere eine Spreizeinrichtung oder eine Bebinderung 24. Eine Spreizeinrichtung kann generell auch in anderen Ausführungsvarianten zum Beispiel als mehrmalige Umlenkung über mehrere Stangen oder Umlenkelemente ausgeführt sein, so dass sich die einzelnen Filamente der Rovings gleichmäßig nebeneinander legen. Dieser Verarbeitungsschritt ist sehr empfindlich gegen Geschwindigkeitsänderungen. Eine Bebinderung kann beispielsweise als Sprühauftrag, als Pulverauftrag oder als Flüssigauftrag erfolgen. Auch hierbei ist eine konstante Fördergeschwindigkeit der Rovings wichtig, um einen gleichmäßigen Auftrag zu gewährleisten. Die beiden Garnspeichereinrichtungen 13 und 19 ermöglichen nun eine Geschwindigkeitsentkopplung sowohl zwischen der Garnübergabestelle 14 und der Spreizeinrichtung oder Bebinderung 24 als auch zwischen dieser und der Abwickelstation 3, 4. D.h. es könnte zum Beispiel die Garn- oder Rovingrollen gewechselt werden, ohne dass die Bebinderung oder Spreizung abgebremst, angehalten und wieder beschleunigt werden muss, was mit entsprechend unerwünschten Ungleichmäßigkeiten im Prozess verbunden wäre. In 5 is as a section of the area between unwinding station 3 . 4 and yarn transfer point 13 shown. In this likewise preferred embodiment, two yarn storage devices 13 and 19 arranged one behind the other. In between, a yarn processing unit may be present, in particular a spreader or a binder 24 , A spreading device can generally also be embodied in other design variants, for example as a multiple deflection over a plurality of rods or deflecting elements, so that the individual filaments of the rovings lay evenly next to one another. This processing step is very sensitive to speed changes. Binding can take place, for example, as a spray application, as a powder application or as a liquid application. Again, a constant conveying speed of the rovings is important to ensure a uniform order. The two yarn storage devices 13 and 19 now allow a speed decoupling both between the yarn transfer point 14 and the spreader or binder 24 as well as between this and the unwind station 3 . 4 , This means, for example, that the twine or roving rolls could be changed without having to decelerate, stop and accelerate the binding or spreading, which would entail correspondingly undesirable process irregularities.

Die in 6 gezeigte Garnspeichereinrichtung weist zwei Spannrollen 5 und 7 auf, zwischen denen noch ein weiteres Umlenkelement angeordnet ist. Durch diese Hintereinander-Reihung kann deutlich mehr Rovinglänge zwischengespeichert werden. Bei einem bevorzugten maximalen Verschiebeweg zwischen 150 und 2000 mm, besonders bevorzugt zwischen 150 und 1500 mm, ergibt sich damit eine Garnspeicherlänge die annähernd dem Vierfachen des Verschiebeweges entspricht. Bei einer Bauteilgröße von bis zu 2 m würde die Speicherfüllung unter Umständen für mehrere Bauteile ausreichen. Auch wenn es nicht dargestellt ist können selbstverständlich auch noch weitere Spannrollen in Reihe vorgesehen sein. Es kann auch vorteilhaft sein, verschieden lange maximale Verschiebewege für die beiden oder mehreren Spannrollen vorzusehen. Eine besonders bevorzugte Variante ist, eine Spannrolle mit einem maximalen Verschiebeweg zwischen 150 und 500 mm und eine Spannrolle mit einem maximalen Verschiebeweg zwischen 500 und 1500 mm vorzusehen.In the 6 yarn storage device shown has two tension rollers 5 and 7 on, between which a further deflecting element is arranged. By this series of succession significantly more roving length can be cached. At a preferred maximum displacement between 150 and 2000 mm, more preferably between 150 and 1500 mm, this results in a Garnspeicherlänge which corresponds approximately to four times the displacement. With a component size of up to 2 m, the storage space might be sufficient for several components. Although it is not shown, of course, even more tension rollers can be provided in series. It may also be advantageous to provide different maximum displacement distances for the two or more tension rollers. A particularly preferred variant is to provide a tension roller with a maximum displacement between 150 and 500 mm and a tension roller with a maximum displacement between 500 and 1500 mm.

7 zeigt eine Variante mit einer dritten Spannrolle 7‘ die über eine Feder oder einen elektromechanischen Kolben oder einen Pneumatik- oder Hydraulikkolben 25 mit einem feststehenden Rahmen verbunden ist. Die Feder oder der Kolben 25 üben eine Halte- oder Dämpfungskraft auf die Spannrolle 7‘ aus, wodurch die Rovingspannung und das Reaktionsverhalten bei kurzzeitigen Spannungsänderungen vorteilhaft beeinflusst werden können; beispielsweise indem Spitzen gedämpft werden. 7 shows a variant with a third tension roller 7 ' via a spring or an electromechanical piston or a pneumatic or hydraulic piston 25 connected to a fixed frame. The spring or the piston 25 exert a holding or damping force on the tension pulley 7 ' from which the roving voltage and the reaction behavior can be advantageously influenced by short-term voltage changes; for example, by steaming tips.

In 8 ist eine weitere Variante für eine Garnspeichereinrichtung dargestellt. Hier ist die Spannrolle 5 im Wesentlichen waagrecht verschiebbar gelagert. Die Gegenkraft zur Rovingspannung wird anstatt über die Gewichtskraft über eine Feder oder einen Pneumatik- oder Hydraulikkolben 25 aufgebracht. Eine waagrechte Anordnung der Spannrollen 5 ist auch ohne Anbindung über eine Feder oder einen Kolben an den feststehenden Rahmen vorteilhaft möglich. Die Gegenkraft zur Rovingspannung kann dabei beispielsweise auch über eine Umlenkung mit einem Seilzug oder einer Kette zu einem Gewicht aufgebracht werden. In 8th a further variant for a yarn storage device is shown. Here is the tension roller 5 mounted substantially horizontally displaceable. The counterforce to the roving voltage is instead of the weight of a spring or a pneumatic or hydraulic piston 25 applied. A horizontal arrangement of the tension rollers 5 is also possible without connection via a spring or a piston to the fixed frame advantageous. The counterforce to the roving voltage can be applied to a weight, for example, via a deflection with a cable or a chain.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 21, 2: Reihen von Abwickelstationen Rows of unwinding stations
3, 43, 4: Abwickelstationen in Benutzung Unwinding stations in use
55: Spannrolle idler
5a5a: erste Endposition first end position
5b5b: zweite Endposition second end position
66: Reihe von Greifern Row of claws
7, 7‘7, 7 ': weitere Spannrolle further tensioning roller
88th: Greifer in Abholposition Gripper in pick-up position
99: Umlenkelemente deflecting
1010: Führungsvorrichtung guiding device
1111: Lage der Abholpositionen Location of the pick-up positions
1212: Lage der Maximalpositionen Location of maximum positions
1313: Reihe von Garnspeichereinrichtungen Row of yarn storage devices
1414: Reihe von Garnübergabestellen Row of yarn transfer points
1515: Greifer in Zwischenposition Gripper in intermediate position
1616: weiteres Formwerkzeug another mold
1717: Hubtisch Lift table
1818: erstes Formwerkzeug first mold
1919: weitere Garnspeichereinrichtung further yarn storage device
2020: Anfänge der Rovings Beginnings of the rovings
2121: aufgespannte Rovings spanned rovings
2222: drapierte Rovings draped rovings
2323: bereits abgelegte Lage aus Rovings already stored location of rovings
2424: Spreizeinrichtung oder Bebinderung Spreader or Bebinderung
2525: Feder oder Kolben Spring or piston

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2008/0202691 A1 [0005] US 2008/0202691 A1 [0005]
DE 102011007020 [0006] DE 102011007020 [0006]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Faservorformlingen, die insbesondere eine Vorstufe bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Bauteilen darstellen, wobei die Vorrichtung mehrere Abwickelstationen (1, 2, 3, 4) für die Bereitstellung mehrerer Garne oder Rovings oder Bänder und mehrere Greifer (6, 8, 15), die jeweils einzelne oder mehrere Garne oder Rovings oder Bänder an ihrem Anfang (20) greifen können, aufweist, wobei jeder Greifer (6, 8, 15) auf einem Pfad zwischen einer Maximalposition (12) und einer Abholposition (11) hin und her bewegbar ist, und wobei die Abholposition (11) an einer Garnübergabestelle (14) vorgesehen ist und näher an der Abwickelstation (1, 2, 3, 4) ist als die Maximalposition (12), wobei die Greifer (6, 8, 15) jeweils einzeln auf zueinander im Wesentlichen parallelen Pfaden bewegbar sind, so dass die Garne oder Rovings oder Bänder parallel aufgespannt werden können dadurch gekennzeichnet, dass jedem Greifer (6, 8, 15) zumindest eine Garnspeichereinrichtung (13) zugeordnet ist, welche zwei ortsfest gelagerte Umlenkelemente (9) und zumindest eine translatorisch zwischen einer ersten (5a) und einer zweiten Endposition (5b) frei verschiebbar gelagerte Spannrolle (5, 7, 7‘) aufweist, wobei die Umlenkelemente (9) und die Spannrolle (5, 7, 7‘) von den Garnen oder Rovings oder Bändern so umschlungen sind, dass die Spannrolle (5, 7, 7‘) im Garnverlauf zwischen den Umlenkelementen (9) angeordnet ist, und wobei die Garnspeichereinrichtung (13) zwischen Abwickelstation (1, 2, 3, 4) und Garnübergabestelle (14) vorgesehen ist. Apparatus for the production of fiber preforms, which in particular constitute a precursor in the production of fiber-reinforced plastic components, the apparatus comprising a plurality of unwinding stations ( 1 . 2 . 3 . 4 ) for the provision of multiple yarns or rovings or ribbons and multiple grippers ( 6 . 8th . 15 ), each one or more yarns or rovings or ribbons at the beginning ( 20 ), each gripper ( 6 . 8th . 15 ) on a path between a maximum position ( 12 ) and a pick-up position ( 11 ) is movable back and forth, and wherein the pick-up position ( 11 ) at a yarn transfer point ( 14 ) and closer to the unwinding station ( 1 . 2 . 3 . 4 ) is the maximum position ( 12 ), whereby the grippers ( 6 . 8th . 15 ) are each individually movable on mutually substantially parallel paths, so that the yarns or rovings or bands can be clamped in parallel, characterized in that each gripper ( 6 . 8th . 15 ) at least one yarn storage device ( 13 ), which two fixedly mounted deflecting elements ( 9 ) and at least one translational between a first ( 5a ) and a second end position ( 5b ) Freely displaceably mounted tension pulley ( 5 . 7 . 7 ' ), wherein the deflection elements ( 9 ) and the tension roller ( 5 . 7 . 7 ' ) are looped around by the yarns or rovings or ribbons in such a way that the tension pulley ( 5 . 7 . 7 ' ) in the yarn path between the deflecting elements ( 9 ), and wherein the yarn storage device ( 13 ) between unwinding station ( 1 . 2 . 3 . 4 ) and yarn transfer point ( 14 ) is provided.

Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass jedem Greifer eine weitere Garnspeichereinrichtung (19) zugeordnet ist, welche von den Garnen oder Rovings oder Bändern vor der einen Garnspeichereinrichtung (13) durchlaufen wird und welche ebenfalls gemäß Anspruch 1 ausgeführt ist. Apparatus according to claim 1, characterized in that each gripper another Garnspeichereinrichtung ( 19 ) associated with the yarns or rovings or ribbons in front of a yarn storage device ( 13 ) and which is also carried out according to claim 1.

Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Garne oder Rovings oder Bänder zwischen der einen und der weiteren Garnspeichereinrichtung (13, 19) mehrmals umgelenkt, insbesondere durch eine Spreizeinrichtung und/oder eine Bebinderungseinheit (24) geführt werden. Apparatus according to claim 2, characterized in that the yarns or rovings or ribbons between the one and the other Garnspeichereinrichtung ( 13 . 19 ) deflected several times, in particular by a spreading device and / or a binding unit ( 24 ).

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die eine und/oder die weitere Garnspeichereinrichtung (13, 19) zwei oder mehrere translatorisch verschiebbar gelagerte Spannrollen (5, 7, 7‘) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the one and / or the further yarn storage device ( 13 . 19 ) two or more translationally displaceably mounted tension rollers ( 5 . 7 . 7 ' ) having.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine oder mehrere, bevorzugt alle Spannrollen (5, 7, 7‘) im Wesentlichen vertikal verschiebbar gelagert sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one or more, preferably all tension rollers ( 5 . 7 . 7 ' ) are mounted substantially vertically displaceable.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die verschiebbare Lagerung einer oder aller Spannrollen (5, 7, 7‘) einen maximalen Verschiebeweg zwischen 150 und 2000 mm, bevorzugt zwischen 150 und 1500 mm aufweist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the displaceable mounting of one or all tension rollers ( 5 . 7 . 7 ' ) has a maximum displacement between 150 and 2000 mm, preferably between 150 and 1500 mm.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere, bevorzugt alle Spannrollen (5, 7, 7‘) in der zweiten Endposition zwischen 100 und 180° umschlungen sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more, preferably all tension rollers ( 5 . 7 . 7 ' ) are wrapped in the second end position between 100 and 180 °.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Spannrollen über eine Feder oder einen elektromechanischen Kolben oder einen Pneumatik-Kolben oder einen Hydraulik-Kolben (25) mit einem feststehenden Rahmen verbunden sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one or more tension rollers via a spring or an electromechanical piston or a pneumatic piston or a hydraulic piston ( 25 ) are connected to a fixed frame.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass an einer oder mehreren, insbesondere an allen Spannrollen (5, 7, 7‘) Positionsgeber oder Endschalter vorgesehen sind, zur Überwachung der gespeicherten Garnlänge. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at one or more, in particular at all tension rollers ( 5 . 7 . 7 ' ) Positioners or limit switches are provided for monitoring the stored yarn length.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (6, 8, 15) jeweils eine Klemmbreite von 10 bis 500 mm, bevorzugt von 30 bis 100 mm aufweisen. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the grippers ( 6 . 8th . 15 ) each have a clamping width of 10 to 500 mm, preferably from 30 to 100 mm.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 5 Greifer (6, 8, 15), bevorzugt mindestens 10 Greifer, besonders bevorzugt mindestens 20 Greifer und nicht mehr als 40 Greifer vorhanden sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least 5 grippers ( 6 . 8th . 15 ), preferably at least 10 grippers, more preferably at least 20 grippers and not more than 40 grippers are present.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Tisch (17) aufweist, der um eine Achse im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden drehbar ist und der im Wesentlichen senkrecht zu den Pfaden angehoben und abgesenkt werden kann. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a table ( 17 ) which is rotatable about an axis substantially perpendicular to the paths and which can be raised and lowered substantially perpendicular to the paths.

Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Formwerkzeug (18) vorhanden ist, das zwischen die Abholposition (11) und die Maximalposition (12) zumindest einiger Greifer gebracht werden kann, insbesondere so, dass dadurch die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder (21) über das erste Formwerkzeug (18) drapiert werden. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a first mold ( 18 ) is present between the pickup position ( 11 ) and the maximum position ( 12 ) at least some grippers can be brought, in particular so that thereby the spanned yarns or rovings or ribbons ( 21 ) over the first mold ( 18 ) draped.

Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere weitere Formwerkzeuge (16) vorhanden sind, die so mit dem ersten Formwerkzeug (18) zusammengefahren werden können, dass sie die aufgespannten Garne oder Rovings oder Bänder (21) 3-dimensional umformen. Apparatus according to claim 13, characterized in that one or more further molding tools ( 16 ), which are so with the first mold ( 18 ) that they can use the spun yarns or rovings or ribbons ( 21 ) 3-dimensional reshape.