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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidevorrichtung zum Schneiden eines Fasermaterials zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Fahrzeug sowie ein Portal mit der Schneidevorrichtung.
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Im Stand der Technik sind verschiedene Schneideverfahren für Fasermaterialien für den Fahrzeugbau bekannt. Derzeit gibt es aber keine Technologie, die einen prozesssicheren Schnitt von trockenem Fasermaterial wie Kohlenstofffasertextilien mittels einer Schneidevorrichtung ohne zusätzliche Hilfsmittel ermöglicht. Aktuelle Schneidesysteme verwenden entweder über einen Vakuumtisch gespannte Vakuumfolien, Papierunterlagen, oder beides als Hilfsmittel, um das Fasermaterial auf den Schneidetisch zu drücken. Dies ist erforderlich, um eine Fixierung und eine definierte Höhe des zu beschneidenden Fasermaterials zu erreichen und somit einen reproduzierbaren Schnitt zu erzielen.
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Zur Fixierung des Fasermaterials sind daher verschiedenen Zusatzmaterialien erforderlich, die sich insbesondere beim Schneiden von Einzellagen auf die Nachhaltigkeit und die Wirtschaftlichkeit des Schneidevorgangs nachteilig auswirken.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Schneidevorrichtung sowie einem Portal mit derselben zumindest teilweise zu vermeiden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schneidevorrichtung sowie ein Portal mit derselben für ein Fasermaterial, insbesondere eine trockene Kohlenstofffasertextilie zu schaffen, mittels welcher das Fasermaterial ohne Verwendung von Verbrauchsmaterial und somit wirtschaftlich geschnitten werden kann.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Schneidevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Portal mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Schneidevorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Portal und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schneidevorrichtung zum Schneiden eines Fasermaterials zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Schneidevorrichtung weist eine Schneide und zwei Fixiermittel auf. Die Schneide ist zwischen den zwei Fixiermitteln zum Fixieren des Fasermaterials angeordnet, wobei während eines Schneidens des Fasermaterials mittels der Schneide das Fasermaterial durch die zwei Fixiermittel fixierbar ist.
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Durch Verwendung der zwei Fixiermittel, die Teil der Schneidevorrichtung sind, kann ein nachhaltiger Schneidevorgang geschaffen werden, bei welchem keine Verbrauchsmaterialien wie Vakuumfolien benötigt werden. Ferner kann durch den Verzicht auf das Verbrauchsmaterial ein wirtschaftlicher Schneidevorgang erzielt werden, da die Kosten für das Verbrauchsmaterial eingespart werden können. Darüber hinaus kann ein besonders schneller Schneidevorgang erzielt werden, da kein Arbeitsschritt zum Aufspannen einer Vakuumfolie oder Bereitstellen einer Papierschicht erforderlich ist.
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Die erfindungsgemäße Schneidevorrichtung ist insbesondere zum kontinuierlichen Schneiden von trockenen Kohlenstofffasertextilien geeignet. Die Geometrie der Schneide kann gerade oder zahnförmig sein und ist bevorzugt als Werkzeugschneide ausgebildet. Die Fixiermittel können als zwei separate Bauteile oder als Teil einer einzelnen Fixiereinheit bereitgestellt sein, welche die beiden Fixiermittel miteinander verbindet. Die Fixiermittel sind als Bauteile zur Fixierung der Lage des Fasermaterials auf beispielsweise einer Arbeitsplatte bzw. -fläche wie einer Schneideplatte ausgestaltet, bevorzugt über einen einstellbaren Anpressdruck. Dabei fixieren die zwei Fixiermittel das Fasermaterial über eine Druckbeaufschlagung beispielsweise derart gegenüber der Schneideplatte, dass das Fasermaterial zwischen der Schneideplatte bzw. der Auflagefläche derselben und den Fixiermitteln eingespannt ist. Die Anpresskraft wird derart ausgelegt bzw. ist derart auslegbar, dass das Fasermaterial während des Schneidens durch die Schneide unbeweglich auf der Schneideplatte aufliegt. Neben Kohlenstofffasertextilien können mit der erfindungsgemäßen Schneidevorrichtung selbstverständlich auch andere Materialien geschnitten werden. Neben Kohlenstofffasermaterialien können beispielsweise auch Materialien mit Keramikfasern, Aramidfasern, Glasfasern, Stahlfasern, Naturfasern oder Nylonfasern geschnitten werden. Dass die Schneide zwischen den zwei Fixiermitteln angeordnet ist bedeutet, dass die zwei Fixiermittel links und rechts neben bzw. vor und hinter der Schneide, ggf. versetzt zueinander, angeordnet sind. Dabei muss die Schneide nicht auf Höhe der Fixiermittel angeordnet sein, sondern kann auch von deren Zentrum versetzt oder von deren Umfang hinaus angeordnet sein. Als Schneide wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Schneidekannte verstanden, wobei sich die Schneide auch auf ein Schneideblatt bzw. einen entsprechenden Schneidekörper mit einer Schneidekannte beziehen kann. Unter Fixieren ist vorliegend grundsätzlich ein lösbares Festhalten zu verstehen.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die zwei Fixiermittel oder wenigstens ein Teil der zwei Fixiermittel derart angeordnet, dass der Abstand von den zwei Fixiermitteln zu der Schneide beim Schneiden konstant oder im Wesentlichen konstant ist. Dadurch, dass sich die zwei Fixiermittel beim Schneiden immer in einem konstanten Abstand zur Schneide befinden und dieser Abstand bevorzugt klein gehalten wird, kann das Fasermaterial beim Schneidevorgang besonders gut fixiert werden. Der konstante Abstand liegt beispielsweise in einem Bereich von weniger als 50 mm, bevorzugt in einem Bereich von weniger als 20 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich von weniger als 10 mm. Der konstante Abstand ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann bei entsprechend groß dimensioniertem Fasermaterial auch größer als 50 mm sein. Um den konstanten Abstand oder im Wesentlichen konstanten Abstand zwischen dem zwei Fixiermitteln und der Schneide zu halten sind die zwei Fixiermittel oder wenigstens ein Teil der zwei Fixiermittel derart angeordnet, dass sie beim Schneidevorgang in dieselbe Richtung oder im Wesentlichen in dieselbe Richtung wie die Schneide bewegbar sind. Dass die zwei Fixiermittel in dieselbe Richtung bewegbar sind bedeutet, dass sie sich beispielsweise stets parallel oder im Wesentlichen parallel zur Schneide bewegen. Die Bewegung der Schneide bezieht sich hierbei nicht beschränkend auf die Bewegung der Schneidekante, sondern bevorzugt auf die Bewegung des Schneideblatts bzw. Schneidekörpers als Solchen.
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Von weiterem Vorteil ist es, wenn die erfindungsgemäße Schneidevorrichtung eine Lagereinheit aufweist, wobei die Schneide kreisförmig oder im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet ist und auf der Lagereinheit drehbar zwischen den zwei Fixiermitteln angeordnet ist. Dadurch ist es besonders einfach möglich, das Fasermaterial auf kontinuierliche Weise zu schneiden. Dass die Schneide kreisförmig ist bedeutet, dass die Schneide eine kreisförmige Schneidekante aufweist und somit bevorzugt einen scheibenförmigen Schneidekörper. Die Lagereinheit kann beispielsweise eine Lagerwelle in Form eines Lagerbolzens oder eines Lagerstifts sein. Die kreisförmige Schneide kann beispielsweise als Rundmesser ausgebildet sein.
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Außerdem können die zwei Fixiermittel rollenförmig ausgebildet sein. Dadurch ist eine besonders einfache und funktionale Anordnung der Schneide sowie der Fixiermittel möglich. Dadurch, dass sowohl die Schneide als auch die Fixiermittel kreisförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet sind, können sie auf einer einzigen als Lagerwelle ausgebildeten Lagereinheit angeordnet sein. Die rollenförmigen bzw. walzenförmigen Fixiermittel können beispielsweise durch Beabstandungsmittel von der Schneide auf der Lagereinheit um einen gewünschten Abstand beabstandet sein. Alternativ können die Fixiermittel sowie die Schneide aber auch einen Beabstandungsabschnitt aufweisen, wodurch die Außenkanten der jeweiligen Bauteile um ein gewünschtes Maß voneinander beabstandet haltbar sind. Dieser Beabstandungsabschnitt ist jeweils bevorzugt in der Nähe der Lagereinheit, beispielsweise in einer inneren Hälfte des Radius der rollenförmigen Fixiermittel und/oder der kreisförmigen bzw. scheibenförmigen Schneide ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, dass die Fixiermittel auf der Lagereinheit angeordnet sind. So können sie beispielsweise auch an einer separaten weiteren Lagereinheit angeordnet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass die rollenförmigen Fixiermittel an der weiteren Lagereinheit schwenkbar und/oder zu einer Lagerachse orthogonal zur Mittelachse der Schneide drehbar angeordnet sind. Durch eine entsprechend zentrale Anordnung der Fixiermittel können diese beim Schneiden auch bei dieser Weiterbildung stets wenigstens im Wesentlichen im konstanten Abstand zur Schneide gehalten werden. Die Oberfläche der rollenförmigen Fixiermittel ist im Wesentlichen glatt, kann in einer bevorzugten Weiterbildung aber auch eine Struktur mit Vorsprüngen aufweisen, welche das Fasermaterial in den entsprechenden Kontaktpunkten fixieren. Ferner ist es denkbar, dass die Fixiermittel eine adhäsive Oberfläche aufweisen, wodurch das Fasermaterial noch besser fixierbar ist. Diese Oberflächenbeschaffenheit ist nicht auf die rollenförmige Ausgestaltung der Fixiermittel beschränkt.
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Ferner können die zwei Fixiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung jeweils ein Umlaufband aufweisen, über welches das Fasermaterial auf einer rechteckigen Fläche oder im Wesentlichen auf einer rechteckigen Fläche fixierbar ist. Dadurch ist es möglich, Fasermaterial über eine entsprechende Fläche und somit materialschonend auf einer Schneideplatte zu fixieren. Das Umlaufband ist beispielsweise um eine Mehrzahl von Laufrollen geführt, die mit dem Umlaufband gemäß einem Raupenantrieb in Eingriff stehen. Die zum Fasermaterial gerichtete Oberfläche des jeweiligen Umlaufbandes kann wie die gemäß der rollenförmigen Fixiermittel beschriebene Oberfläche ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann die Lagereinheit eine Antriebswelle zum Antreiben der Schneide und/oder der zwei Fixiermittel sein. Dadurch ist ein besonders einfacher Aufbau der Schneidevorrichtung realisierbar. Dass die Antriebswelle zum Antreiben der Schneide und/oder der zwei Fixiermittel bereitgestellt ist bedeutet, dass die Schneide und/oder die Fixiermittel fest auf der Antriebswelle angeordnet sein können und sich mit dieser beim Schneidevorgang mitdrehen. Für die nichtangetriebenen Bauteile ist die Lagereinheit hingegen eine Lagerachse. Eine feste Anordnung bedeutet hierbei nicht, dass die Schneide und/oder die Fixiermittel unlösbar an der Antriebswelle angeordnet sind. Von Vorteil ist es beispielsweise, wenn die Schneide und/oder die Fixiermittel über einen Rastmechanismus fest an der Antriebseinheit angeordnet sind. Bevorzugt ist es vorliegend, wenn die Schneide fest und die zwei Fixiermittel lose auf der Antriebswelle angeordnet sind. Das heißt, bei einem Schneidevorgang dreht sich die Schneide mit der Antriebswelle, während die zwei Fixiermittel relativ zur Antriebswelle verdrehbar sind. Die Schneide und die zwei Fixiermittel sind hierbei bevorzugt koaxial oder im Wesentlichen koaxial zueinander auf der Antriebswelle angeordnet.
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Von weiterem Vorteil kann es sein, wenn die Schneide in Richtung des Fasermaterials um eine Länge über die zwei Fixiermittel hinausragt, die kürzer als die Dicke des Fasermaterials ist. Dadurch kann über die Fixiermittel beim Schneiden ein ausreichend hoher Druck auf das Fasermaterial aufgebracht werden. Die Schneide kann in Richtung des Fasermaterials beispielsweise um eine Länge über die zwei Fixiermittel hinausragen, die mehr als 70%, bevorzugt mehr als 80%, besonders bevorzugt mehr als 90% der Dicke des Fasermaterials entspricht. Hat das Fasermaterial beispielsweise eine Dicke von 10 mm, kann die Schneide in Richtung des Fasermaterials beispielsweise um 9 mm über die zwei Fixiermittel hinausragen. Dadurch wird das Fasermaterial beim Schneidevorgang durch die zwei Fixiermittel von 10 mm auf 9 mm komprimiert und dadurch auf dem Schneidetisch fixiert. Wenn die zwei Fixiermittel rollenförmig und die Schneide kreisförmig ausgebildet sind und koaxial auf einer gemeinsamen Lagereinheit angeordnet sind können die Schneide und die zwei Fixiermittel bevorzugt annähernd den gleichen Radius aufweichen, welcher sich beispielsweise nur um einen gewissen Prozentsatz, beispielsweise um weniger als 30% von der Dicke des Fasermaterials unterscheidet. Bei einer flexiblen Schneideplatte ist es auch denkbar, dass die rollenförmigen Fixiermittel und die kreisförmige Schneide denselben Radius oder im Wesentlichen denselben Radius aufweisen. Denselben Radius oder im Wesentlichen denselben Radius können die rollenförmigen Fixiermittel und die kreisförmige Schneide auch dann aufweisen, wenn die rollenförmigen Fixiermittel und/oder die kreisförmige Schneide federnd an der Lagereinheit oder getrennten Lagereinheiten angeordnet sind. Wenn die rollenförmigen Fixiermittel und die kreisförmige Schneide separat voneinander gelagert sind, d. h., auf verschiedenen Lagereinheiten, können sich die Radien selbstverständig deutlich voneinander unterscheiden. In diesem Fall ist es bevorzugt, den Radius der rollenförmigen Fixiermittel möglichst klein zu halten, beispielsweise kleiner als 50% des Radius der kreisförmigen Schneide.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Portal zur Auslenkung der vorstehenden Schneidevorrichtung bereitgestellt. Das Portal weist eine Verbindungseinheit und eine Trägereinheit auf, wobei die Schneidevorrichtung über die Verbindungseinheit derart schwenkbar und/oder drehbar mit der Trägereinheit verbunden ist, dass die Schneidevorrichtung relativ zu einer Schneideplatte bewegbar ist. Damit bringt das erfindungsgemäße Portal die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schneidevorrichtung beschrieben worden sind. Ferner ist es mittels des Portals möglich, die Schneidevorrichtung vollautomatisch, beispielsweise mittels eines Controllers, relativ zu einem auf einer Schneideplatte liegenden Fasermaterial zu bewegen und das Fasermaterial entsprechend zu schneiden. So ist durch das Portal beispielsweise ein automatisiertes Abfahren vorprogrammierter Schneidebahnen realisierbar. Mit einem derartigen Controller lassen sich bei einer bevorzugten Weiterbildung des Portals Parameter wie der Druck auf das Fasermaterial über die Fixiermittel, die Schneidegeschwindigkeit und/oder die Schneiderichtung einstellen.
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Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Verbindungseinheit relativ zur Trägereinheit verschiebbar. Dadurch ist eine Bewegung der Schneidevorrichtung in der Trägereinheit relativ zum Fasermaterial möglich, welches unbewegt auf der Schneideplatte liegt. Dadurch kann eine noch bessere Automatisierung des Schneidevorgangs erzielt werden. Zur relativen Verschiebbarkeit der Verbindungseinheit zur Lagereinheit kann die Verbindungseinheit in der Trägereinheit beispielsweise horizontal und/oder vertikal geführt sein. Eine horizontale Bewegung kann beispielsweise über eine erste Führung in der Trägereinheit bereitgestellt werden. Eine vertikale Bewegung kann beispielsweise über eine Hubeinheit, beispielsweise mit einer Federanordnung, bereitgestellt sein.
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Von weiterem Vorteil ist es, wenn die Trägereinheit relativ zur Schneideplatte bewegbar ist. Dadurch kann die Automatisierung des Schneidevorgangs noch weiter verbessert werden. Insbesondere kann ein Portal mit einer Schneidevorrichtung geschaffen werden, welches einfach und flexibel über eine beliebige Schneideplatte positioniert werden kann. Die Trägereinheit kann gemäß dieser Weiterbildung beispielsweise über eine zweite Führung, die auf zwei Seiten neben der Schneideplatte angeordnet ist, relativ zur Arbeitsplatte bewegbar sein. Die Trägereinheit kann beispielsweise über eine separate Führung relativ zur Arbeitsplatte bewegbar sein oder an bzw. mit dem Arbeitstisch verbaut sein.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches in der Figur schematisch dargestellt ist. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Portal 100 mit einer Schneidevorrichtung 10 dargestellt.
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Genauer gesagt ist eine Schneidevorrichtung 10 zum Schneiden eines Fasermaterials 20 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für ein Fahrzeug dargestellt. Die Schneidevorrichtung 10 weist eine kreisförmige Schneide 30 bzw. einen scheibenförmigen Schneidekörper in Form eines Rundmessers und zwei Fixiermittel 40 in Form zweier Fixierrollen auf. Die Schneide 30 ist zwischen den zwei rollenförmigen Fixiermitteln 40 zum Fixieren des Fasermaterials 20 angeordnet. Während des Schneidens des Fasermaterials 20 mittels der Schneide 30 entlang einer Schnittlinie 60 ist das Fasermaterial 20 durch die zwei rollenförmigen Fixiermittel 40 auf einer Schneideplatte 130 fixierbar.
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Die zwei rollenförmigen Fixiermittel 40 sind gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform derart auf einer als Antriebswelle ausgebildeten Lagereinheit 50 angeordnet, dass der Abstand von den zwei rollenförmigen Fixiermitteln 40 zu der Schneide 30 beim Schneiden konstant ist.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform dient die als Antriebswelle ausgebildete Lagereinheit 50 zum Antreiben der Schneide 30. Die zwei rollenförmigen Fixiermittel 40 laufen bei einem Schneidevorgang als nichtangetriebene bzw. lose Fixierrollen um die Lagereinheit 50 mit. Die Lagereinheit 50 lagert die Schneide 30 sowie die rollenförmigen Fixiermittel 40 in einer Halteeinheit 70. Der Radius der kreisförmigen Schneide 30 entspricht in 1 dem oder im Wesentlichen dem der rollenförmigen Fixiermittel 40.
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Die Halteeinheit 70 ist über eine in der Höhe veränderbare Verbindungseinheit 110 drehbar und/oder schwenkbar mit einer Trägereinheit 120 verbunden. Dabei läuft die Verbindungseinheit 110 in einer ersten Führung 140 in der Trägereinheit 120. Die Trägereinheit 120 ist gemäß 1 in einer Führung 150 verschiebbar. Die Führung 150 weist zwei Führungsschienen auf, die neben der Arbeitsplatte angeordnet bzw. anordenbar sind.
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Somit ist ein Portal 100 zur Auslenkung der Schneidevorrichtung 10 bereitgestellt, durch welches die Schneidevorrichtung 10 im dreidimensionalen Raum frei in x-, y- und z-Richtung bewegbar ist. Für eine Automatisierung von Schneidevorgängen kann das Portal einen Controller 1000 aufweisen, über welchen der gewünschte Schneideprozess steuer- und/oder regelbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schneidevorrichtung
- 20
- Fasermaterial
- 30
- Schneide
- 40
- Fixiermittel
- 50
- Lagereinheit
- 60
- Schnittlinie
- 70
- Halteeinheit
- 110
- Verbindungseinheit
- 120
- Trägereinheit
- 130
- Schneideplatte
- 140
- erste Führung
- 150
- zweite Führung
- 1000
- Controller
