DE102014102278A1

DE102014102278A1 - Fiber laying device

Info

Publication number: DE102014102278A1
Application number: DE102014102278.5A
Authority: DE
Inventors: Christian Krombholz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Anticipated expiration: 2034-02-22
Also published as: DE102014102278B4; FR3017820A1; FR3017820B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial mit einer segmentierten Anpressrolle, bei der die einzelnen Segmente der Anpressrolle auf einer durchgehenden Achse angeordnet und mechanisch mit dieser so zusammenwirken, dass mit Hilfe eines gemeinsamen Druckbalges eine Hubbewegung zur Einstellung einer Anpresskraft erzeugt werden kann.The invention relates to a fiber-laying device for laying fiber material with a segmented pressure roller, wherein the individual segments of the pressure roller arranged on a continuous axis and mechanically cooperate with this so that a stroke for adjusting a contact force can be generated by means of a common pressure bellows.

Description

Die Erfindung betrifft eine Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer Anpressrolle, die eine nicht drehende und durchgehende Achse aufweist, mit der die Anpressrolle an eine Faserlegeeinheit der Faserlegevorrichtung angeordnet ist. The invention relates to a fiber laying device for laying fiber material on a tool for producing a fiber composite component with a pressure roller having a non-rotating and continuous axis, with which the pressure roller is arranged on a fiber laying unit of the fiber laying device.

Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen, bei einem relativ geringem Gewicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in zumindest eine Richtung aufzuweisen, sind Faserverbundwerkstoffe aus der Luftund Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich werden Faserverbundwerkstoffe vermehrt eingesetzt, um bei gleichbleibender Stabilität das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren, was meist proportional mit der Einsparung von Treibstoff einhergeht. Due to the advantageous properties of fiber composites to have a high strength and rigidity in at least one direction with a relatively low weight, fiber composites from the aerospace industry are now indispensable. But also in the automotive sector fiber composite materials are increasingly used to reduce the weight of the vehicles while maintaining stability, which is usually proportional to the savings of fuel.

Diesen vorteilhaften Eigenschaften steht nachteilig die Tatsache entgegen, dass die Herstellung von Faserverbundbauteilen sehr kostenintensiv ist, da sich die Herstellungsprozesse zum Teil nicht automatisieren lassen oder bei automatisierten Prozessen vermehrt der Blick auf die Qualitätssicherung gelegt werden muss, um fehlerhafte Bauteile aufgrund der Prozessungenauigkeiten auffinden zu können. Denn bereits kleinste Abweichungen von den Prozessparametern können zu Fehlstellen innerhalb des Bauteils führen, welche die Festigkeit und Steifigkeit erheblich beeinträchtigen können. These advantageous properties are precluded by the fact that the production of fiber composite components is very expensive, since the manufacturing processes can not be automated in part or automated production processes must focus on quality assurance to find faulty components due to the process inaccuracies can , Because even the smallest deviations from the process parameters can lead to defects within the component, which can significantly affect the strength and rigidity.

Für die Fertigung von Großbauteilen in der Fiber Placement bzw. der Tapelaying Technologie ist bereits aus der DE 10 2010 015 027 B1 eine Faserlegeanlage bekannt, bei der die Prozessschritte des Legens der Fasern auf dem Werkzeug größtenteils automatisiert werden können. Hierbei werden Roboter auf einem um das Werkzeug herumlaufenden Schienensystem geführt, wobei die Roboter entsprechende Faserlegeköpfe als Endeffektoren aufweisen, mit denen das Fasermaterial auf dem Werkzeug abgelegt werden kann. Das Fasermaterial wird dann dem Faserlegekopf mittels einer Zufuhreinrichtung zugeführt, wobei das Fasermaterial meist über eine an dem Faserlegekopf angeordneten Anpressrolle läuft die Fasern auf das Werkzeug ablegt und gleichzeitig mit einer vorgegebenen Soll-Anpresskraft kompaktiert. For the production of large components in the Fiber Placement or the Tapelaying technology is already out of the DE 10 2010 015 027 B1 a Faserlegeanlage known in which the process steps of laying the fibers on the tool can be largely automated. In this case, robots are guided on a rail system running around the tool, wherein the robots have corresponding fiber laying heads as end effectors with which the fiber material can be deposited on the tool. The fiber material is then fed to the fiber laying head by means of a feed device, wherein the fiber material usually runs over a arranged on the fiber laying head pressure roller deposits the fibers on the tool and simultaneously compacted with a predetermined desired contact pressure.

Das Fasermaterial wird meist in mehreren Bahnen nebeneinander abgelegt und ergibt in der gesamten Fläche eine Laminatschicht (Ply). Mehrere Laminatschichten zum Teil unterschiedlicher geometrischer Form und Faserorientierung ergeben dann das Faserverbundbauteil. The fiber material is usually deposited in several tracks next to each other and results in the entire surface of a laminate layer (Ply). Several laminate layers, partly of different geometric shape and fiber orientation, then yield the fiber composite component.

Bei der automatisierten Faserablage ist neben einem konstanten und ausreichenden Wärmeeintrag am Anpresspunkt ebenfalls eine ausreichende Kompaktierungskraft senkrecht zur Ablegeoberfläche sicherzustellen, um die gewünschte Ablegequalität und somit die Bauteilqualität zu gewährleisten. In the case of automated fiber deposition, in addition to a constant and sufficient heat input at the contact point, a sufficient compaction force perpendicular to the deposition surface must also be ensured in order to ensure the desired deposition quality and thus the component quality.

Aus der EP 2 454 081 B1 ist bspw. eine Maschine zum Auftragen von Fasern mit einer flexiblen Kompaktierungswalze mit einem Wärmeregelungssystem bekannt, bei dem die Anpressrolle einen Mantel aus Silikonmaterial aufweist, wobei mit Hilfe von röhrenförmigen Durchbrüchen in der Anpressrolle bzw. Kompaktierungswalze ein entsprechender Wärmeeintrag in die abzulegenden Fasern realisiert werden kann. Die Silikonanpressrolle ermöglicht dabei ein relativ gleichmäßiges Kompaktieren des Fasermaterials auf dem Formwerkzeug, solange die Oberfläche möglichst eben ist oder in Ablegerichtung gekrümmt. Bei quer zur Verfahr- und Ablegebewegung auftretenden Krümmungen nehmen die Anpresskräfte bei konvexen Krümmungen aufgrund einer unterschiedlichen Stauchung des Silikons über die Rollenbreit zu und bei konkaven Krümmungen ab. Da die Steuerung der gesamten Anpresskraft über einen gemeinsamen Hub der gesamten Anpresseinheit realisiert wird, entstehen so unterschiedliche Anpresskräfte über die gesamte Rollenbreite hinweg, was wiederum die Ablegequalität negativ beeinflussen bzw. zu Fasermaterialschäden oder Bauteilschäden führen kann. From the EP 2 454 081 B1 For example, a machine for applying fibers with a flexible compaction roll with a thermal control system is known in which the pressure roller has a jacket made of silicone material, with the aid of tubular openings in the pressure roller or compaction roller, a corresponding heat input can be realized in the fibers to be deposited , The Silikonanpressrolle allows a relatively uniform compaction of the fiber material on the mold, as long as the surface is as flat as possible or curved in the direction of deposition. In the case of transversions occurring transversely to the movement and depositing movement, the contact forces for convex curvatures increase due to a different compression of the silicone over the roller width and decrease at concave curvatures. Since the control of the total contact force is realized over a common stroke of the entire pressing unit, so different contact forces over the entire width of the roll away, which in turn negatively affect the quality of deposition or can lead to fiber material damage or component damage.

Ein weiteres Problem bei einer derartigen Anpresskraft-Regelung ist die Tatsache, dass durch den zentralen Hub der gesamten Anpresseinheit das Gewicht des gesamten Faserablegekopfes deutlich erhöht wird, was die Ungenauigkeit des gesamten Ablegeprozesses, insbesondere bei Positionier- und Verfahraufgaben der Ablegeeinheit, erhöhen, da durch die erhöhte Masse im bewegenden System die Nachgiebigkeit der gesamten Bewegungseinheit erhöht wird. Another problem with such a contact pressure control is the fact that the weight of the entire Faserablegekopfes is significantly increased by the central stroke of the entire Anpress unit, which increase the inaccuracy of the entire deposition process, especially in positioning and driving tasks of the laying unit, as by the increased mass in the moving system increases the compliance of the entire unit of motion.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit der eine gleichmäßige und homogen verteilte Anpresskraft auch bei mehrfach gekrümmten Werkzeugoberflächen zu realisieren, ohne das Gewicht der Ablegeeinheit zu erhöhe, bzw. das Gewicht der Ablegeeinheit gar zu reduzieren. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved fiber laying device for laying fiber material on a tool for producing a fiber composite component, with the uniform and homogeneously distributed contact pressure to realize even with multi-curved tool surfaces, without increasing the weight of the depositing unit, or to even reduce the weight of the laying unit.

Die Aufgabe wird mit dem Merkmal des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst. The object is achieved with the feature of claim 1 according to the invention.

Erfindungsgemäß wird eine Faserlegevorrichtung vorgeschlagen, bei der die Anpressrolle, mit der die Fasern auf das Werkzeug abgelegt und gleichzeitig die benötigte Kompaktierungskraft beim Ablegen der Fasern aufgebracht werden soll, axial segmentiert ist, in dem eine Mehrzahl von Rollensegmenten vorgesehen sind, die jeweils einen gegenüber der durchgehenden Achse nicht drehenden Segmentkern und einen an dem Segmentkern gegenüber der durchgehenden Achse drehbar gelagerten Segmentmantel aufweisen. Die Anpressrolle weist somit eine durchgehende Achse auf, wobei unter durchgehend im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden wird, dass die Achse nicht segmentiert ist, wobei die durchgehende Achse gegenüber der Faserlegeeinheit der Faserlegevorrichtung nicht drehend ist, d. h. feststehend. An der durchgehenden Achse sind nun mehrere Rollensegmente angeordnet, wobei jedes Rollensegment einen nicht drehenden und somit feststehenden Segmentkern hat, wobei die durchgehende Achse durch jeden der Segmentkerne geführt ist und diese somit aufnimmt und hält, und wobei an jedem der Segmentkerne ein gegenüber der Achse oder dem feststehenden Segmentkern drehbar gelagerte Segmentmantel vorgesehen ist. Der Segmentmantel weist dabei eine Oberfläche auf, die zum Kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet ist, sodass das abzulegende Fasermaterial über die Oberfläche des Segmentmantels abrollen kann. According to the invention, a fiber-laying device is proposed in which the pressure roller with which the fibers are deposited on the tool and at the same time the required Kompaktierungskraft when depositing the fibers to be applied is axially segmented, in which a plurality of roller segments are provided, each having a non-rotating relative to the continuous axis of the segment core and a rotatably mounted on the segment core relative to the continuous axis segment jacket. The pressure roller thus has a continuous axis, wherein continuous in the sense of the present invention is understood that the axis is not segmented, wherein the continuous axis with respect to the fiber laying unit of the fiber laying device is not rotating, ie fixed. On the continuous axis, a plurality of roller segments are now arranged, each roller segment having a non-rotating and thus fixed segment core, wherein the continuous axis is passed through each of the segment cores and thus receives and holds, and wherein at each of the segment cores with respect to the axis or the segment core fixed rotatably mounted segment jacket is provided. In this case, the segment jacket has a surface which is designed to contact the fiber material to be deposited so that the fiber material to be deposited can roll over the surface of the segmental jacket.

Die durchgehende Achse ist durch die einzelnen Segmentkerne geführt und steht mit ihnen so in Eingriff, dass sowohl die Achse als auch die jeweiligen Segmentkerne feststehen und sich nicht drehen, wenn die Fasern auf dem Werkzeug abgelegt werden. Die Segmentkerne sind dabei unabhängig voneinander in wenigstens eine radiale Richtung zur Ausführung einer Hubbewegung beweglich auf der durchgehenden Achse gelagert, sodass die einzelnen Rollensegmente Unebenheiten bzw. mehrfach Krümmungen der Werkzeugoberfläche ausgleichen können. Hierfür sind die Segmentkerne im Bereich der Durchführung der Achse auf der Achse so gelagert, dass sie vorzugsweise eine translatorische Hubbewegung radial in Bezug auf den Segmentmantel ausführen können. Mit anderen Worten, die einzelnen Rollensegmente können aufgrund der Lagerung auf der Achse eine Hubbewegung ausführen, die im Wesentlichen orthogonal zu der Achse steht und in eine radiale Richtung in Bezug auf den Segmentmantel der Anpressrolle wirkt. The continuous axis passes through and engages the individual segment cores so that both the axis and the respective segment cores are fixed and do not rotate as the fibers are deposited on the tool. The segment cores are mounted independently of each other in at least one radial direction for performing a lifting movement movable on the continuous axis, so that the individual roller segments can compensate for unevenness or multiple curvatures of the tool surface. For this purpose, the segment cores are mounted in the region of the implementation of the axis on the axis so that they can preferably perform a translational stroke radially with respect to the segment jacket. In other words, the individual roller segments can perform a lifting movement due to the support on the axis, which is substantially orthogonal to the axis and acts in a radial direction with respect to the segment jacket of the pressure roller.

Des Weiteren ist erfindungsgemäß zwischen den Segmentkernen und der durchgehenden Achse ein durchgehender, mit einem Fluiddruck beaufschlagbarer Druckbalg vorgesehen, der mittels eines Fluid, bspw. einer Flüssigkeit oder einem gasförmigen Medium, druckbeaufschlagbar ist, sodass eine Kraft auf die Segmentkerne in die wenigstens eine radiale Bewegungsrichtung der Hubbewegung der Segmentkerne wirkt. Hierdurch wird es möglich, die Möglichkeit der Hubbewegung für die Einstellung der Anpresskraft mit Hilfe einer entsprechenden Druckbeaufschlagung des Druckbalgs mit zu nutzen, um so eine homogene und über die gesamte Rollenbreite der Anpressrolle gleichmäßig verteilte Anpresskraft einzustellen. Furthermore, according to the invention between the segment cores and the continuous axis, a continuous pressure bellows acted upon by a fluid pressure is provided, which can be pressurized by means of a fluid, for example a liquid or a gaseous medium, so that a force is applied to the segment cores in the at least one radial direction of movement the lifting movement of the segment cores acts. This makes it possible to use the possibility of lifting movement for the adjustment of the contact pressure with the help of a corresponding pressurization of the pressure bellows, so as to set a homogeneous and uniform over the entire width of the roller pressure roller pressure.

Bei der erfindungsgemäßen Faserlegevorrichtung ist der Druckbalg der Anpressrolle dabei so vorgesehen, dass der Druckbalg mit jedem auf der Achse gelagerten Segmentkern mechanisch so zusammenwirkt, dass bei Druckbeaufschlagung des Druckbalgs mit einem Fluid die Segmentkerne eine entsprechende Hubbewegung in die wenigsten eine radiale Bewegungsrichtung, in der sie sich aufgrund ihrer Lagerung auf der Achse bewegen können, ausführen. Die Anpressrolle ist dabei so an der Faserlegeeinheit der Faserlegevorrichtung angeordnet, dass die Hubbewegung in die wenigstens eine radiale Bewegungsrichtung senkrecht zu der Werkzeugoberfläche ausgeführt wird, sodass die durch den Druckbalg auf die Segmentkerne erzeugte Kraft bei einer Druckbeaufschlagung mit einem Fluid ebenfalls im Wesentlichen senkrecht auf die Werkzeugoberfläche wirkt. Fasermaterialien, die während des Legens über die segmentierte Anpressrolle abrollen, werden so entsprechend kompaktiert, wenn das Fasermaterial zwischen Anpressrolle und Werkzeugoberfläche abrollt, da die Anpressrolle aufgrund der Druckbeaufschlagung des Druckbalgs im Wesentlichen in Richtung Werkzeugoberfläche wirkt. In the fiber-laying apparatus according to the invention, the pressure bellows of the pressure roller is provided so that the pressure bellows interacts mechanically with each segmented core mounted on the axle such that when the pressure bellows is pressurized with a fluid, the segment cores make a corresponding lifting movement in the at least one radial direction of movement in which they can move due to their storage on the axis, perform. The pressure roller is arranged on the fiber laying unit of the fiber laying device, that the lifting movement is carried out in the at least one radial direction of movement perpendicular to the tool surface, so that the force generated by the pressure bellows on the segment cores at a pressurization with a fluid also substantially perpendicular to the Tool surface acts. Fiber materials that roll over the segmented pressure roller during laying, are compacted accordingly when the fiber material rolls between the pressure roller and the tool surface, since the pressure roller acts due to the pressurization of the pressure bellows substantially in the direction of the tool surface.

Der Druckbalg ist dabei so ausgebildet, dass er bei einer Druckbeaufschlagung mit einem Fluid seine geometrischen Abmessungen und/oder geometrischen Form verändern kann, sodass insbesondere bei einer Änderung der geometrischen Abmessungen sowohl die Hubbewegung als auch die Kraft bewirkt werden. The pressure bellows is designed so that it can change its geometric dimensions and / or geometric shape when pressurized with a fluid, so that both the lifting movement and the force are effected in particular when changing the geometric dimensions.

Hierdurch wird eine sehr homogene Kraftverteilung und Krafteinstellung sowie eine kompakte Bauform ohne zusätzliche Massen des Endeffektors ermöglicht, da nunmehr über einen einzigen Druckbalg eine Kompaktierungskraft eingestellt werden kann, ohne dass bei Werkzeugen mit mehrfach gekrümmten Oberflächen die Kompaktierungskraft über die gesamte Rollenbreite hinweg so sehr schwankt, dass Beschädigungen an dem Fasermaterial zu befürchten sind bzw. dass die Kompaktierungskraft nicht ausreicht, um die gewünschte Bauteilqualität zu erzeugen. Die Erfinder haben dabei erkannt, dass mit Hilfe einer segmentierten Anpressrolle Fasermaterial auf Werkzeugoberflächen prozesssicher und reproduzierbar abgelegt werden kann, bei gleichzeitiger homogener Kraftverteilung über die gesamte Rollenbreite hinweg. This allows a very homogeneous force distribution and force adjustment and a compact design without additional masses of the end effector, since now a Kompaktierungskraft can be adjusted via a single pressure bellows without the compacting force across the entire width of the roll varies so much in tools with multi-curved surfaces, that damage to the fiber material is to be feared or that the compaction force is insufficient to produce the desired component quality. The inventors have recognized that with the aid of a segmented pressure roller, fiber material can be deposited reliably and reproducibly on tool surfaces, while at the same time providing homogeneous force distribution over the entire width of the roll.

Hierdurch wird es des Weiteren möglich, vorteilhafter Weise die Anpressrolle über ihre durchgehende Achse starr und bewegungsfest an der Faserlegeeinheit anzuordnen, sodass die Anpressrolle keinen zentralen Hub für das Aufbringen der Kompaktierungskraft benötigt. Hierdurch lässt sich vorteilhafter Weise Masse im Endeffektor und somit im mechanischen Bewegungssystem reduzieren, wodurch die Genauigkeit bei den Positionier- und Verfahraufgaben des Endeffektors bei Reduzierung der Nachgiebigkeit des Gesamtsystems erhöht werden kann. Die Erfinder haben des Weiteren erkannt, dass mit nur einem einzigen Druckbalg als Kraftelement aufgrund der reduzierten Masse des Endeffektors durch den Verzicht eines zentralen Hubs eine hinreichende Kompaktierungskraft erzeugt werden kann, um die notwendige Bauteilqualität zu erzeugen, wobei gleichzeitig über die gesamte Rollenbreite eine hinreichende homogene Kraftverteilung erreicht wird. In this way, it is also possible, advantageously, the pressure roller rigidly and immovably on the solid axle over its continuous axis To arrange fiber lay unit, so that the pressure roller does not need a central hub for applying the compaction force. As a result, it is advantageously possible to reduce mass in the end effector and thus in the mechanical movement system, as a result of which the accuracy in the positioning and driving tasks of the end effector can be increased while reducing the flexibility of the overall system. The inventors have further recognized that with only a single pressure bellows as a force element due to the reduced mass of the end effector by dispensing with a central stroke sufficient Kompaktierungskraft can be generated to produce the necessary component quality, while at the same time a sufficient homogeneous over the entire roll width Power distribution is achieved.

Vorteilhafter Weise ist der durchgehende Druckbalg auf der durchgehenden Achse angeordnet und durch jeden Segmentkern gemeinsam mit der durchgehenden Achse geführt, sodass durch ein einmaliges Druckbeaufschlagens des Druckbalges mit dem Fluid auf jeden Segmentkern eine entsprechende Kraft in die wenigstens eine radiale Bewegungsrichtung wirkt, was den gesamten Aufbau der Anpressrolle wesentlich vereinfacht. Advantageously, the continuous pressure bellows is arranged on the continuous axis and guided by each segment core together with the continuous axis, so that by a single pressurization of the pressure bladder with the fluid to each segment core a corresponding force in the at least one radial direction of movement acts, which the entire structure the pressure roller considerably simplified.

Vorteilhafter Weise sind die Segmentkerne auf der durchgehenden gemeinsamen Achse so gelagert, dass sie mit Hilfe einer Parallelführung in zumindest zwei Bewegungsrichtungen, die entgegengesetzt zueinander radial ausgerichtet sind, bewegt werden können. Die Kraft wirkt dabei vorteilhafter Weise nur in eine der radialen Richtungen. Es kann aber auch ein zweiter Druckbalg vorgesehen sein, der gegenüber dem ersten Druckbalg an der Achse angeordnet ist, wodurch sich in diese beiden Bewegungsrichtungen eine Kraft auf die Segmentkerne erzeugen lässt. Advantageously, the segment cores are mounted on the continuous common axis so that they can be moved by means of a parallel guide in at least two directions of movement, which are opposite to each other radially aligned. The force acts advantageously only in one of the radial directions. But it can also be provided a second pressure bellows, which is arranged opposite the first pressure bellows on the axis, whereby a force can be generated on the segment cores in these two directions of movement.

Vorteilhafter Weise hat jedes der Segmentkerne eine Öffnung zur Durchführung der durchgehenden Achse, vorteilhafter Weise in etwa mittig des Segmentkernes, wobei die durchgehende Achse zwei gegenüberliegende, parallele Seitenflächen aufweist, die als Parallelführung für eine translatorische Bewegung in radialer Richtung wirken. An diesen gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen sind nun die Segmentkerne in der Öffnung zur Ausführung der Hubbewegung gelagert, wobei die Lagerung der Segmentkerne an der durchgehenden Achse an den zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen in der Öffnung durch eine formschlüssige Gleitlagerung gelagert sein können. Advantageously, each of the segment cores has an opening for passing through the continuous axis, advantageously approximately in the center of the segment core, wherein the continuous axis has two opposite, parallel side surfaces acting as a parallel guide for a translational movement in the radial direction. At these opposite parallel side surfaces, the segment cores are now mounted in the opening for carrying out the lifting movement, wherein the bearing of the segment cores can be mounted on the continuous axis at the two opposite parallel side surfaces in the opening by a positive sliding bearing.

Durch die gegenüberliegenden, parallelen Seitenflächen der durchgehenden Achse wird darüber hinaus erreicht, dass die Segmentkerne mit der durchgehenden gemeinsamen Achse so in Eingriff stehen, dass zwar die Hubbewegung in die wenigstens eine radiale Richtung ausführen können, jedoch zusammen mit der Achse feststehend und nicht drehend sind. Denn die Anpressrolle ist lediglich über ihre Achse mit der Faserlegeeinheit der Faserlegevorrichtung mechanisch verbunden, sodass durch die gegenüberliegenden, parallelen Seitenflächen, mit denen die Öffnung der Segmentkerne in Eingriff stehen, eine Arretierung der Segmentkerne erreicht wird, die Segmentkerne jedoch eine Hubbewegung in zumindest eine radiale Richtung ausführen können. The opposite, parallel side surfaces of the through-axis furthermore ensure that the segment cores engage the continuous common axis so that, although the lifting movement can take place in the at least one radial direction, they are stationary and non-rotating together with the axis , Because the pressure roller is mechanically connected only on its axis with the fiber laying unit of the fiber laying device, so that by the opposite, parallel side surfaces with which the opening of the segment cores are engaged, a locking of the segment cores is achieved, the segment cores, however, a lifting movement in at least one radial Can execute direction.

Die gegenüberliegenden Seitenflächen der durchgehenden Achse können dabei vorteilhafter Weise eine rechteckige Grundfläche aufweisen. The opposite side surfaces of the continuous axis can advantageously have a rectangular base.

Es ist hierbei nun ganz besonders vorteilhaft, wenn die durchgehende Achse einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und in die zur Durchführung der durchgehenden Achse vorgesehenen Öffnungen der Segmentkerne einen hierzu korrespondierenden Querschnitt haben, wobei der Querschnitt der Öffnungen der Segmentkerne in einer Ausdehnungsrichtung, die der Richtung der Hubbewegung in zumindest eine radiale Richtung entspricht, größer ist als der Querschnitt der durchgehenden Achse in diese Ausdehnungsrichtung. Hierdurch wird mit den zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen zum Einen eine Arretierung und gleichzeitig eine Lagerung für die Hubbewegung ermöglicht, während durch die Vergrößerung des Querschnitts der Öffnung in die Ausdehnungsrichtung der Hubbewegung Raum für einen entsprechenden Bewegungshub verbleibt. It is now particularly advantageous if the continuous axis has a substantially rectangular cross-section and in the provided for carrying the continuous axis openings of the segment cores have a corresponding cross section, wherein the cross section of the openings of the segment cores in an expansion direction, the direction the stroke movement in at least one radial direction corresponds, is greater than the cross section of the continuous axis in this direction of extension. As a result, with the two opposite parallel side surfaces on the one hand a lock and at the same time a storage for the lifting movement allows while leaving room for a corresponding movement stroke by increasing the cross section of the opening in the extension direction of the lifting movement.

Durch die rechteckige Form wird eine insbesondere einfache und mechanisch sehr stabile Realisierung der Anpressrolle ermöglicht. The rectangular shape enables a particularly simple and mechanically very stable realization of the pressure roller.

Vorteilhafter Weise stehen die Segmentkerne mit der durchgehenden Achse mechanisch derart in Eingriff, dass die Segmentkerne drehfest und feststehend an der durchgehenden Achse arretiert sind, gleichzeitig jedoch eine Hubbewegung ausführen können. Advantageously, the segment cores are mechanically engaged with the continuous axis such that the segment cores are locked in a rotationally fixed and fixed manner on the continuous axis, but at the same time can execute a lifting movement.

Vorteilhafter Weise ist der Druckbalg an der Achse der Anpressrolle so angeordnet, dass die Kraft in Richtung Werkzeugoberfläche wirkt. Hierfür ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn der Druckbalg an der Achse so angeordnet ist, dass er in Richtung Werkzeugoberfläche zeigt. Advantageously, the pressure bellows is arranged on the axis of the pressure roller so that the force acts in the direction of the tool surface. For this purpose, it is particularly advantageous if the pressure bellows is arranged on the axle so that it points in the direction of the tool surface.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform, die zusätzlich oder alternative vorgesehen sein kann, ist mindestens ein Kraftsensor zum Erfassen der Anpresskraft der Anpressrolle vorgesehen. Mit Hilfe dieses Kraftsensors kann die beim Legen der Fasern eingestellt Ist-Anpresskraft erfasst werden, um so bspw. den Ablegeprozess und seine dabei wirkenden Prozessparameter dokumentieren zu können. In a particularly advantageous embodiment, which may be provided additionally or alternatively, at least one force sensor is provided for detecting the contact pressure of the pressure roller. With the help of this force sensor can be detected when laying the fibers set actual contact force, so for example. The deposition process and to be able to document its process parameters acting thereby.

Vorteilhafter Weise kann der mindestens eine Kraftsensor mit einer Anpresskraft-Regelungseinrichtung verbunden sein, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Vergleich der erfassten Ist-Anpresskraft der Kraftsensoren mit einer vorgegebenen Soll-Anpresskraft die Druckbeaufschlagung des durchgehenden Druckbalges mit dem Fluid so zu steuern, dass die vorgegebene Soll-Anpresskraft eingestellt oder zumindest angenähert wird. Vorteilhafter Weise wird die Differenz zwischen der erfassten Ist-Anpresskraft zu der vorgegebenen Soll-Anpresskraft durch Steuerung der Druckbeaufschlagung des durchgehenden Druckbalges verringert, reduziert oder gänzlich egalisiert. Advantageously, the at least one force sensor can be connected to a contact force control device which is set up to control the pressurization of the continuous pressure bladder with the fluid as a function of a comparison of the detected actual contact force of the force sensors with a predetermined desired contact pressure the predetermined desired contact force is adjusted or at least approximated. Advantageously, the difference between the detected actual contact pressure to the predetermined desired contact pressure by controlling the pressurization of the continuous bladder is reduced, reduced or completely equalized.

Vorteilhafter Weise wird an jedem Flansch der durchgehenden Achse, mit der die durchgehenden Achse an der Faserlegeeinheit mechanisch fest und starr angeordnet ist, ein Kraftsensor vorgesehen, sodass die Ist-Anpresskraft an den Flanschen der durchgehenden Achse abgegriffen wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache und effektive Ausführungsform. Advantageously, a force sensor is provided on each flange of the continuous axis, with which the continuous axis is mechanically fixed and rigidly arranged on the fiber laying unit, so that the actual contact force is tapped at the flanges of the continuous axis. This allows a particularly simple and effective embodiment.

Vorteilhafterweise können auch mehrere durchgehende Druckbälge vorgesehen sein, die an der Achse beispielsweise diametral gegenüberliegend angeordnet sein können. Advantageously, it is also possible to provide a plurality of continuous pressure bellows which can be arranged, for example, diametrically opposite one another on the axle.

Die Erfindung wird anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the figures. Show it:

1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Faserlegevorrichtung; 1 schematic representation of the fiber laying device according to the invention;

2 schematische Querschnittdarstellung der Anpressrolle mit einem Druckbalg; 2 schematic cross-sectional view of the pressure roller with a pressure bellows;

3 schematische Querschnittdarstellung der Anpressrolle mit zwei Druckbälgen; 3 schematic cross-sectional view of the pressure roller with two bellows;

4 schematischer Längsschnitt durch die gesamte Anpressrolle. 4 schematic longitudinal section through the entire pressure roller.

1 zeigt schematisch eine Faserlegevorrichtung 1, die eine Faserlegeeinheit 2 und eine daran angeordnete Anpressrolle 3, die in Richtung eines Werkzeuges 14, auf dem das Fasermaterial abgelegt werden soll, ausgerichtet ist. 1 schematically shows a fiber laying device 1 that a fiber-laying unit 2 and a pressure roller arranged thereon 3 pointing towards a tool 14 , on which the fiber material is to be stored, is aligned.

Die Anpressrolle 3 ist in axialer Richtung segmentiert und weist eine Mehrzahl von Rollensegmenten 4 auf, die an einer gemeinsamen durchgehenden Achse 5 angeordnet sind. An den beiden äußeren Enden der Achse 5 ist die Anpressrolle 3 starr mit der Faserlegeeinheit 2 verbunden. The pressure roller 3 is segmented in the axial direction and has a plurality of roller segments 4 on, on a common continuous axis 5 are arranged. At the two outer ends of the axle 5 is the pressure roller 3 rigid with the fiber lay unit 2 connected.

2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eines der Rollensegmente 4. Ein solches Rollensegment 4 weist einen inneren Segmentkern 6 auf, an dessen äußerem Umfang der Segmentmantel 7 drehbar gegenüber dem Segmentkern 6 angeordnet und gelagert ist. 2 schematically shows a cross section through one of the roller segments 4 , Such a role segment 4 has an inner segment core 6 on, on the outer circumference of the segmental jacket 7 rotatable relative to the segment core 6 is arranged and stored.

Im Ausführungsbeispiel der 2 ist in etwa mittig des Segmentkernes 6 eine Öffnung 8 vorgesehen, durch die die gemeinsame Achse 5 geführt ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 weist die Achse 5 einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei zwei gegenüberliegende Seitenflächen 9 der Achse 5 parallel ausgebildet sind und mit der Öffnung 8 mechanisch so in Eingriff stehen, dass die Seitenflächen 9 zum Einen dem Segmentkern gegen das Drehen arretieren und zum Anderen eine Hubbewegung in eine radiale Richtung r₁, r₂ ermöglichen. Hierfür ist die Öffnung 8 des Segmentkernes 6 in Ausdehnungsrichtung der radialen Hubbewegungsrichtung r₁ und r₂ größer als der Querschnitt der Achse 5, sodass die Hubbewegung ermöglicht wird. In the embodiment of 2 is approximately in the middle of the segment core 6 an opening 8th provided by the common axis 5 is guided. In the embodiment of 2 indicates the axis 5 a rectangular cross section, with two opposite side surfaces 9 the axis 5 are formed in parallel and with the opening 8th mechanically engaged so that the side surfaces 9 on the one hand lock the segment core against rotation and on the other hand enable a lifting movement in a radial direction r ₁ , r ₂ . This is the opening 8th of the segmented core 6 in the extension direction of the radial Hubbewegungsrichtung r ₁ and r ₂ greater than the cross section of the axis 5 so that the lifting movement is enabled.

Des Weiteren ist an der Achse 5 ein durchgehender Druckbalg 10 angeordnet, der im Ausführungsbeispiel der 2 an einer Seitenfläche 11, die mit der Hubbewegungsrichtung r₁ und r₂ korrespondiert, angeordnet. Der Druckbalg 10 erstreckt sich dabei über die gesamte Achse 5 hinweg und wirkt so mit jedem der Segmentkerne 6 der Rollensegmente 4 mechanisch entsprechend zusammen. Furthermore, on the axis 5 a continuous pressure bellows 10 arranged in the embodiment of the 2 on a side surface 11 , which corresponds to the Hubbewegungsrichtung r ₁ and r ₂ , arranged. The pressure bellows 10 extends over the entire axis 5 and works with each of the segment cores 6 the roll segments 4 mechanically together.

Wird nun der Druckbalg 10 mit einem Fluiddruck beaufschlagt oder wird der in dem Druckbalg 10 eingestellte Druck verändert, so führt das Rollensegment 4 eine entsprechende Hubbewegung in Richtung r₁ oder r₂ aus. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Druckbalg 10 in Richtung r₁ angeordnet, sodass in diese Richtung bei einer Druckbeaufschlagung des Druckbalges 10 eine Kraft in diese Richtung wirkt. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Anpressrolle insgesamt so ausgerichtet wird, dass die radiale Hubbewegungsrichtung r₁ in Richtung Werkzeug 11 zeigt. Will now the pressure bellows 10 is pressurized with a fluid pressure or is in the pressure bellows 10 If the pressure set changes, the roller segment will guide 4 a corresponding lifting movement in the direction of r ₁ or r ₂ off. In the embodiment of 2 is the pressure bellows 10 arranged in the direction of r ₁ , so in this direction at a pressurization of the pressure bladder 10 a force acts in this direction. It is therefore advantageous if the pressure roller as a whole is aligned so that the radial Hubbewegungsrichtung r ₁ in the direction tool 11 shows.

3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eines der Rollensegmente ähnlich wie 2, allerdings mit zwei an der Achse 5 an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Druckbälge 10a und 10b. Beide Druckbälge gehen dabei durch alle Segmentkerne 6 der Anpressrolle. 3 schematically shows a cross section through one of the roller segments similar to 2 , but with two on the axle 5 arranged on opposite sides Druckbälge 10a and 10b , Both bellows go through all segment cores 6 the pressure roller.

4 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch die Anpressrolle. Ist dabei der Druckbalg 10 durchgehend durch alle Rollensegmente 4 angeordnet, um eine entsprechende Kraft bzw. Hubbewegung in die radiale Richtung r₁ und r₂ zu bewirken. 4 schematically shows a longitudinal section through the pressure roller. Is the pressure bellows 10 through all roll segments 4 arranged to cause a corresponding force or lifting movement in the radial direction r ₁ and r ₂ .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist an den beiden Enden der Achse 5 jeweils ein Kraftsensor 12 vorgesehen, der in dem Lastübertragungspfad zur Faserlegeeinheit 2 angeordnet sind. Die Kraftsensoren 12 sind dabei mit einer Regelung 13 verbunden, die einen Vergleich der erfassten Ist-Anpresskraft mit einer vorgegebenen Soll-Anpresskraft durchführt. Je nach Ergebnis des Vergleiches wird dann der Druck in dem druckbeaufschlagbaren Druckbalg 10 entsprechend so gesteuert, dass die vorgegebene Soll-Anpresskraft eingestellt wird. According to one embodiment is at the two ends of the axis 5 one force sensor each 12 provided in the load transfer path to Fiber laying unit 2 are arranged. The force sensors 12 are there with a scheme 13 connected, which performs a comparison of the detected actual contact pressure with a predetermined desired contact pressure. Depending on the result of the comparison then the pressure in the pressurizable pressure bellows 10 accordingly controlled so that the predetermined target contact force is set.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Faserlegevorrichtung Fiber laying device
22: Faserlegeeinheit Fiber laying unit
33: Anpressrolle pressure roller
44: Rollensegment roller segment
55: durchgehende Achse continuous axis
66: Segmentkern segment core
77: Segmentmantel segment coat
88th: Öffnung des Segmentkernes Opening of the segmented core
99: parallele Seitenflächen für die Lagerung parallel side surfaces for storage
1010: Druckbalg pressure bellows
1111: Seitenfläche des Druckbalges Side surface of the pressure bellows
1212: Kraftsensor force sensor
1313: Anpresskraft-Regelungseinrichtung Contact force-regulating device
1414: Werkzeug Tool
r1, r2 r1, r2: radiale Hubbewegungsrichtung radial stroke direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010015027 B1 [0004] DE 102010015027 B1 [0004]
EP 2454081 B1 [0007] EP 2454081 B1 [0007]

Claims

Faserlegevorrichtung (1) zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug (14) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer Anpressrolle (3), die eine nicht drehende und durchgehende Achse (5) aufweist, mit der die Anpressrolle (3) an einer Faserlegeeinheit (2) der Faserlegevorrichtung (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressrolle (3) axial segmentiert ist und eine Mehrzahl von Rollensegmenten (4) hat, die jeweils einen gegenüber der durchgehenden Achse (5) nicht drehenden Segmentkern (6) und ein an dem Segmentkern (6) gegenüber der durchgehenden Achse drehbar gelagerten Segmentmantel (7) aufweisen, die zum Kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet sind, wobei die durchgehende Achse (5) durch jeden Segmentkern (6) geführt ist und die Segmentkerne (6) unabhängig voneinander in wenigstens eine radiale Richtung (r₁, r₂) zur Ausführung einer Hubbewegung beweglich auf der durchgehenden Achse (5) gelagert sind, wobei zwischen dem Segmentkernen (6) und der durchgehenden Achse (5) mindestens ein durchgehender, mit einem Fluiddruck beaufschlagbarer Druckbalg (10) vorgesehen ist, der mit jedem auf der Achse (5) gelagerten Segmentkerne (6) zur Ausführung der Hubbewegung mechanisch so zusammenwirkt, dass bei einer Druckbeaufschlagung eines durchgehenden Druckbalges (10) mit einem Fluid eine Kraft auf die Segmentkerne (6) in wenigstens eine radiale Bewegungsrichtung (r₁, r₂) der Segmentkerne (6) wirkt. Fiber-laying device ( 1 ) for laying fiber material on a tool ( 14 ) for producing a fiber composite component with a pressure roller ( 3 ), which has a non-rotating and continuous axis ( 5 ), with which the pressure roller ( 3 ) on a fiber-laying unit ( 2 ) of the fiber-laying device ( 1 ), characterized in that the pressure roller ( 3 ) is axially segmented and a plurality of roller segments ( 4 ), one each opposite the continuous axis ( 5 ) non-rotating segment core ( 6 ) and one at the segment core ( 6 ) with respect to the continuous axis rotatably mounted segment jacket ( 7 ), which are formed for contacting with the fiber material to be deposited, wherein the continuous axis ( 5 ) through each segment core ( 6 ) and the segment cores ( 6 ) independently in at least one radial direction (r ₁ , r ₂ ) for carrying out a lifting movement movable on the continuous axis ( 5 ), wherein between the segment cores ( 6 ) and the continuous axis ( 5 ) at least one continuous, can be acted upon by a fluid pressure bellows ( 10 ), with each on the axle ( 5 ) segmented cores ( 6 ) cooperates mechanically for the execution of the lifting movement such that when pressure is applied to a continuous pressure bellows ( 10 ) with a fluid, a force on the segment cores ( 6 ) in at least one radial direction of movement (r ₁ , r ₂ ) of the segment cores ( 6 ) acts.

Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpressrolle (3) an der Faserlegeeinheit (2) starr angeordnet ist. Fiber-laying device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pressure roller ( 3 ) on the fiber laying unit ( 2 ) is rigidly arranged.

Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgehende Druckbalg (10) auf der durchgehenden Achse (5) angeordnet und durch jeden Segmentkern (6) gemeinsam mit der durchgehenden Achse (5) geführt ist. Fiber-laying device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the continuous pressure bellows ( 10 ) on the continuous axis ( 5 ) and by each segment core ( 6 ) together with the continuous axis ( 5 ) is guided.

Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Segmentkern (6) eine Öffnung (8) zur Durchführung der durchgehenden Achse (5) hat und die durchgehende Achse (5) zwei gegenüberliegende, parallele Seitenflächen (9) aufweist, an denen die Segmentkerne (6) in der Öffnung (8) zur Ausführung der Hubbewegung gelagert sind. Fiber-laying device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that each segment core ( 6 ) an opening ( 8th ) for carrying out the continuous axis ( 5 ) and the continuous axis ( 5 ) two opposite, parallel side surfaces ( 9 ), on which the segment cores ( 6 ) in the opening ( 8th ) are mounted for carrying out the lifting movement.

Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehende Achse (5) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und die zur Durchführung der durchgehenden Achse (5) vorgesehenen Öffnungen (8) einen hierzu korrespondierenden Querschnitt haben, der in einer Ausdehnungsrichtung zur Ausführung der Hubbewegung größer ist als der Querschnitt der durchgehenden Achse (5) in dieser Ausdehnungsrichtung. Fiber-laying device ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the continuous axis ( 5 ) has a substantially rectangular cross-section and that for the implementation of the continuous axis ( 5 ) provided openings ( 8th ) have a cross section corresponding thereto, which is larger in an expansion direction for carrying out the lifting movement than the cross section of the continuous axis ( 5 ) in this direction of expansion.

Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentkerne (6) mit der durchgehenden Achse (5) mechanisch derart in Eingriff stehen, dass die Segmentkerne drehfest an der durchgehenden Achse arretiert sind. Fiber-laying device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the segment cores ( 6 ) with the continuous axis ( 5 ) are mechanically engaged such that the segment cores are rotatably locked to the continuous axis.

Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der durchgehende Druckbalg (10) derart angeordnet ist, dass die auf die Segmentkerne (6) wirkende Kraft in Richtung eines zum Legen von Fasermaterial vorgesehenen Werkzeuges (14) erzeugt wird. Fiber-laying device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the continuous pressure bellows ( 10 ) is arranged such that on the segment cores ( 6 ) acting force in the direction of a provided for laying fiber material tool ( 14 ) is produced.

Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Kraftsensor (12) zum Erfassen der Anpresskraft der Anpressrolle (3) vorgesehen ist. Fiber-laying device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one force sensor ( 12 ) for detecting the contact pressure of the pressure roller ( 3 ) is provided.

Faserlegevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kraftsensor (12) an einem Flansch der durchgehenden Achse (5), mit der die durchgehende Achse (5) an der Faserlegeeinheit (2) angeordnet ist, vorgesehen ist. Fibrous laying device according to claim 8, characterized in that in each case a force sensor ( 12 ) on a flange of the continuous axis ( 5 ), with which the continuous axis ( 5 ) on the fiber laying unit ( 2 ) is arranged, is provided.

Faserlegevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kraftsensor (12) mit einer Anpresskraft-Regelungseinrichtung (13) verbunden ist, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem Vergleich der erfassten Ist-Anpresskraft der Kraftsensoren mit einer vorgegebenen Soll-Anpresskraft die Druckbeaufschlagung des durchgehenden Druckbalges mit dem Fluid so zu steuern, dass die vorgegebene Soll-Anpresskraft eingestellt wird. Fibrous laying device according to claim 8 or 9, characterized in that the at least one force sensor ( 12 ) with a contact pressure control device ( 13 ), which is set up, in dependence on a comparison of the detected actual contact force of the force sensors with a predetermined desired contact pressure to control the pressurization of the continuous pressure bladder with the fluid so that the predetermined desired contact pressure is adjusted.

Faserlegevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Segmentkernen (6) und der durchgehenden Achse (5) eine Mehrzahl von durchgehenden, mit einem Fluiddruck beaufschlagbaren Druckbälgen (10) vorgesehen sind. Fiber-laying device according to one of the preceding claims, characterized in that between the segment cores ( 6 ) and the continuous axis ( 5 ) a plurality of continuous, pressurizable with a fluid pressure bellows ( 10 ) are provided.