DE102015203043B4 - Assembly and process for cutting semi-finished products for fiber-reinforced plastic parts - Google Patents
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Abstract
Baugruppe (10) zur Wiederaufbereitung von Halbzeugen (12) für faserverstärkte Kunststoffteile, insbesondere von zwei oder dreidimensionalen Fasergelegen, mit
einer Fördereinrichtung (14) für das Halbzeug (12),
einer ersten Schneideinrichtung (16), die die Halbzeuge (12) in Streifen (36) mit im Wesentlichen gleicher Breite schneiden kann, insbesondere wobei die Schnittrichtung parallel zu einer Förderrichtung (F) verläuft,
einer in Förderrichtung (F) hinter der ersten Schneideinrichtung (16) angeordneten zweiten Schneideinrichtung (18), deren Schnittrichtung im Wesentlichen quer zur Schnittrichtung der ersten Schneideinrichtung (16) verläuft, und
einer hinter den Schneideinrichtungen (16, 18) angeordneten Sortiereinrichtung (20), um die von den Schneideinrichtungen (16, 18) geschnittenen Halbzeuge (42) nach Größe zu sortieren.
Assembly (10) for reprocessing semi-finished products (12) for fiber-reinforced plastic parts, in particular two or three-dimensional fiber layers, with
a conveyor device (14) for the semi-finished product (12),
a first cutting device (16) which can cut the semi-finished products (12) into strips (36) with essentially the same width, in particular wherein the cutting direction runs parallel to a conveying direction (F),
a second cutting device (18) arranged in the conveying direction (F) behind the first cutting device (16), the cutting direction of which runs essentially transversely to the cutting direction of the first cutting device (16), and
a sorting device (20) arranged behind the cutting devices (16, 18) in order to sort the semi-finished products (42) cut by the cutting devices (16, 18) according to size.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Baugruppe zum Schneiden, insbesondere zur Wiederaufbereitung von Halbzeugen für faserverstärkte Kunststoffteile, insbesondere von zwei- oder dreidimensionalen Fasergelegen.The invention relates to a method and an assembly for cutting, in particular for reprocessing semi-finished products for fiber-reinforced plastic parts, in particular two- or three-dimensional fiber layers.
Aus Kosten- und Umweltschutzgründen ist es bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen erwünscht, Schnittreste, die beim Einlegen der Halbzeuge in die Formen entstehen oder andere Abschnitte der Halbzeuge, die nicht für die Produktion verwendet werden können, wiederaufzubereiten. Dazu werden die Fasern der Halbzeuge, insbesondere der Fasergelege voneinander getrennt, sodass diese mit Harz getränkt und zu einem gleichmäßigen Harz-Faser-Gemisch verarbeitet werden können. Um die gleichbleibenden Eigenschaften dieser Harz-Faser-Gemische sicherzustellen, müssen die Fasern der wiederaufbereiteten Halbzeuge oft im Wesentlichen die gleiche Länge aufweisen.For reasons of cost and environmental protection, it is desirable in the production of fiber-reinforced plastic parts to reprocess cut residues that arise when the semi-finished products are placed in the molds or other sections of the semi-finished products that cannot be used for production. For this purpose, the fibers of the semi-finished products, in particular the fiber fabric, are separated from one another so that they can be impregnated with resin and processed into a uniform resin-fiber mixture. In order to ensure the consistent properties of these resin-fiber mixtures, the fibers of the reprocessed semi-finished products often have to have essentially the same length.
Die
Alternativ werden bisher die Halbzeuge mittels einer Schneidmaschine in Streifen geschnitten, anschließend um 90° gedreht und nochmals von der gleichen Schneidmaschine geschnitten, wodurch im Idealfall quadratische Stücke entstehen, die jeweils in Längs- und Querrichtung die gleiche Faserlänge aufweisen. Die zurechtgeschnittenen Stücke werden aufgefasert, sodass die einzelnen Fasern vorliegen. In der Praxis kommt es aber beim Drehen der Streifen zu Verwerfungen des Materials oder die Streifen werden ungleichmäßig verdreht. Dies führt dazu, dass beim anschließenden zweiten Schneidvorgang nicht die gewünschten Quadrate entstehen und die Stücke in Quer- bzw. Längsrichtung unterschiedliche Längen aufweisen können, wodurch die Fasern unterschiedlich lang sind.Alternatively, up to now the semi-finished products have been cut into strips by means of a cutting machine, then rotated by 90 ° and cut again by the same cutting machine, which ideally results in square pieces with the same fiber length in the longitudinal and transverse directions. The cut pieces are frayed so that the individual fibers are present. In practice, however, when the strips are turned, the material is warped or the strips are twisted unevenly. As a result, the desired squares are not created in the subsequent second cutting process and the pieces can have different lengths in the transverse or longitudinal direction, as a result of which the fibers are of different lengths.
Aus der
Ferner zeigt die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Baugruppe bereitzustellen, die ein gleichmäßigeres Schneiden der Halbzeuge und, im Falle der Wiederaufbereitung der Halbzeuge, ein besseres Wiederaufbereiten der Halbzeuge ermöglicht. Aufgabe der Erfindung ist es des Weiteren, ein verbessertes Verfahren zum Schneiden, insbesondere zur Wiederaufbereitung von Halbzeugen für faserverstärkte Kunststoffteile bereitzustellen.The object of the invention is to provide an assembly that enables more uniform cutting of the semi-finished products and, in the case of reprocessing of the semi-finished products, better reprocessing of the semi-finished products. A further object of the invention is to provide an improved method for cutting, in particular for reprocessing semi-finished products for fiber-reinforced plastic parts.
Zur Lösung der Aufgabe ist eine Baugruppe zum Schneiden, insbesondere zur Wiederaufbereitung von Halbzeugen für faserverstärkte Kunststoffteile, insbesondere von zwei- oder dreidimensionalen Fasergelegen vorgesehen, mit einer Fördereinrichtung für das Halbzeug, einer ersten Schneideinrichtung, die das Halbzeug in Streifen mit im Wesentlichen gleicher Breite schneiden kann, insbesondere wobei die Schnittrichtung parallel zu einer Förderrichtung verläuft, einer in Förderrichtung hinter der ersten Schneideinrichtung angeordneten zweiten Schneideinrichtung, deren Schneidrichtung im Wesentlichen quer zur Schneidrichtung der ersten Schneideinrichtung verläuft, und einer hinter den Schneideinrichtungen angeordneten Sortiereinrichtung, um die von den Schneideinrichtungen geschnittenen Halbzeuge nach Größe zu sortieren.To solve the problem, an assembly is provided for cutting, in particular for reprocessing semi-finished products for fiber-reinforced plastic parts, in particular two- or three-dimensional fiber layers, with a conveyor device for the semi-finished product, a first cutting device, which cut the semi-finished product into strips with essentially the same width can, in particular with the cutting direction running parallel to a conveying direction, a second cutting device arranged in the conveying direction behind the first cutting device, the cutting direction of which runs essentially transversely to the cutting direction of the first cutting device, and a sorting device arranged behind the cutting devices, around the semi-finished products cut by the cutting devices to sort by size.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, die Orientierung der Halbzeuge während der Schneidvorgänge bzw. zwischen den Schneidvorgängen nicht zu ändern, insbesondere die Halbzeuge nicht auf einer Unterlage zu drehen, sodass sich keine Verwerfungen des Materials bilden können. Um einen zügigen Schneidvorgang zu ermöglichen, werden zwei Schneideinrichtungen hintereinander verwendet, die die Halbzeuge jeweils in Längsrichtung und Querrichtung schneiden, sodass im Wesentlichen quadratische Stücke entstehen. Durch die Fördereinrichtung ist ein schnelles Fördern der Halbzeuge von der ersten Schneideinrichtung zur zweiten Schneideinrichtung bzw. weiter zur Sortiereinrichtung möglich. Die erfindungsgemäße Baugruppe ermöglicht somit ein Schneiden der Halbzeuge mit einer hohen Genauigkeit, sodass ein möglichst großer Anteil der Halbzeuge wiederverwertet werden kann bzw. eine gleichmäßigere Faserlänge erzielt werden kann.The invention is based on the idea of not changing the orientation of the semifinished products during the cutting processes or between the cutting processes, in particular not rotating the semifinished products on a base so that the material cannot be warped. In order to enable a quick cutting process, two cutting devices are used one behind the other, which cut the semi-finished products in the longitudinal and transverse directions, so that essentially square pieces are created. The conveying device enables the semi-finished products to be conveyed quickly from the first cutting device to the second cutting device or further to the sorting device. The assembly according to the invention thus enables the semifinished products to be cut with a high degree of accuracy, so that the largest possible proportion of the semifinished products can be recycled or a more uniform fiber length can be achieved.
Insbesondere ist nach der Sortiereinrichtung eine Separiereinrichtung vorhanden, in der die geschnittenen Halbzeuge aufgefasert werden können.In particular, after the sorting device there is a separating device in which the cut semi-finished products can be frayed.
Die erste Schneideinrichtung kann beispielsweise zumindest eine Messerwalze aufweisen, wobei die Schnittrichtung der Messerwalze insbesondere parallel zur Förderrichtung der Fördereinrichtung verläuft. Solche Messerwalzen ermöglicht ein schnelles, kontinuierliches Schneiden der Halbzeuge in Streifen mit im Wesentlichen gleicher Breite, wobei die Halbzeuge durch die Fördereinrichtung automatisch den Messerwalzen zugeführt werden. Die Breite der Streifen richtet sich nach dem Abstand der einzelnen Messerwalzen und kann beliebig auf die für die Wiederaufbereitung erforderlichen Faserlängen eingestellt werden.The first cutting device can, for example, have at least one knife roller, the cutting direction of the knife roller in particular parallel to the conveying direction of the conveying device runs. Such knife rollers enable the semi-finished products to be cut rapidly and continuously into strips of essentially the same width, the semi-finished products being automatically fed to the knife rollers by the conveyor device. The width of the strips depends on the distance between the individual knife rollers and can be adjusted to the fiber lengths required for reprocessing.
Die zweite Schneideinrichtung weist vorzugsweise zumindest ein Stanzmesser auf, das insbesondere quer zur Förderrichtung schneidet. Die Streifen, die von der ersten Schneideinrichtung geschnitten werden, werden mit der Fördereinrichtung diesem Stanzmesser zugeführt, das quer zur Längserstreckung der Streifen, also der Schnittrichtung, verläuft und diese in Rechtecke, insbesondere in Quadrate schneiden kann. Durch die Frequenz, mit der das Stanzmesser bewegt wird, kann bei gleichbleibender Geschwindigkeit der Fördereinrichtung die Länge der entstehenden Stücke eingestellt werden.The second cutting device preferably has at least one punching knife which cuts in particular transversely to the conveying direction. The strips that are cut by the first cutting device are fed with the conveyor device to this punching knife, which runs transversely to the longitudinal extension of the strips, i.e. the cutting direction, and can cut them into rectangles, in particular into squares. Due to the frequency with which the punch knife is moved, the length of the resulting pieces can be adjusted while the speed of the conveyor device remains constant.
Alternativ oder zusätzlich kann eine oder können beide Schneideinrichtungen als Laser- und/oder Ultraschallschneideinrichtung ausgebildet sein.Alternatively or additionally, one or both cutting devices can be designed as a laser and / or ultrasonic cutting device.
Um während der Schneidvorgänge ein Verschieben der Halbzeuge zu verhindern, kann die Fördereinrichtung zumindest einen Niederhalter, z.B. eine Bandpresse aufweisen, der die Halbzeuge während des Transports zu den Schneideinrichtungen und /oder während den Schneidvorgängen fixiert. Die Bandpresse ist beispielsweise durch zwei Förderbander gebildet, wobei die Halbzeuge auf ein erstes Förderband aufgelegt und von einem zweiten Förderband gegen dieses gedrückt werden. Somit können sich die Halbzeuge während oder vor den Schneidvorgängen nicht verschieben, wodurch sich keine Verwerfungen bilden können und ein Schneiden mit sehr hoher Genauigkeit möglich ist.In order to prevent the semi-finished products from shifting during the cutting process, the conveyor device can have at least one hold-down device, e.g. have a belt press which fixes the semi-finished products during transport to the cutting devices and / or during the cutting processes. The belt press is formed, for example, by two conveyor belts, the semi-finished products being placed on a first conveyor belt and pressed against it by a second conveyor belt. This means that the semi-finished products cannot shift during or before the cutting processes, which means that no distortions can form and cutting with very high accuracy is possible.
Die erfindungsgemäße Baugruppe ist so ausgeführt, dass die zweite Schneideinrichtung, die für das Schneiden in Querrichtung verantwortlich ist, wahlweise zu- und abgeschaltet werden kann. Die Schneideinrichtung kann beispielsweise dann, wenn nur Streifen geschnitten werden sollen, von der Bearbeitungsebene des Halbzeugs motorisch angehoben werden. Umgekehrt, wenn dann die zweite Schneideinrichtung zugeschaltet wird, wird sie nach unten gefahren, bis sie in der Bearbeitungsebene das Halbzeug wieder schneiden kann.The assembly according to the invention is designed so that the second cutting device, which is responsible for cutting in the transverse direction, can be switched on and off as required. If only strips are to be cut, the cutting device can, for example, be raised from the processing plane of the semifinished product by a motor. Conversely, when the second cutting device is switched on, it is moved downwards until it can cut the semi-finished product again in the processing plane.
Die Sortiereinrichtung hat die Aufgabe, zu kleine Stücke der geschnittenen Halbzeuge, die keine vollständigen Quadrate bilden und somit zu kurze Fasern enthalten, beispielsweise aus dem Randbereich des Halbzeugs, auszusortieren. Dazu kann die Sortiereinrichtung beispielsweise eine auf einer optischen, Kamera basierenden Objekterkennung, welche die geschnittenen Halbzeuge optisch erfasst und kategorisiert. Die Halbzeuge werden dann aussortiert, indem sie beispielsweise quer ausgeblasen werden. Alternativ hierzu ist ein Rüttelsieb oder eine Siebtrommel vorhanden, mit welcher ein einfaches Aussortieren zu kleiner Stücke des Halbzeugs möglich ist.The sorting device has the task of sorting out excessively small pieces of the cut semi-finished products which do not form complete squares and thus contain fibers that are too short, for example from the edge area of the semi-finished product. For this purpose, the sorting device can, for example, use an optical camera-based object recognition system which optically detects and categorizes the cut semi-finished products. The semi-finished products are then sorted out, for example by being blown out transversely. Alternatively, a vibrating sieve or a sieve drum is available with which a simple sorting out of too small pieces of the semi-finished product is possible.
Die Separiereinrichtung hat die Aufgabe, die geschnittenen Stücke der Halbzeuge aufzufasern, sodass anschließend die einzelnen Fasern zur Weiterverarbeitung zur Verfügung stehen. Die Separiereinrichtung kann beispielsweise eine Hammermühle oder ein Voröffner (z.B. Reißwolf) sein.The separating device has the task of opening up the cut pieces of the semi-finished products so that the individual fibers are then available for further processing. The separating device can be, for example, a hammer mill or a pre-opener (e.g. shredder).
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von zwei- oder dreidimensionalen Halbzeugen für faserverstärkte Kunststoffteile, insbesondere von Gelegen, vorgesehen, insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe, mit folgenden Schritten:
- a) Zuführen des Halbzeuges zu einer ersten Schneideinrichtung in einer Förderrichtung mittels einer Fördereinrichtung,
- b) Schneiden des Halbzeugs in Streifen mit im Wesentlichen gleicher Breite mittels der ersten Schneideinrichtung,
- c) Zuführen der Streifen zu einer zweiten Schneideinrichtung,
- d) Schneiden der Streifen in Rechtecke, insbesondere in Quadrate, wobei die Schnittrichtung im Wesentlichen quer zur Schnittrichtung der ersten Schneideinrichtung verläuft, und
- e) anschließende Größensortierung der geschnittenen Halbzeuge in einer Sortiereinrichtung, wobei geschnittene Halbzeuge unterhalb einer definierten Größe aussortiert werden.
- a) feeding the semi-finished product to a first cutting device in a conveying direction by means of a conveying device,
- b) cutting the semi-finished product into strips with essentially the same width by means of the first cutting device,
- c) feeding the strips to a second cutting device,
- d) cutting the strips into rectangles, in particular into squares, the cutting direction running essentially transversely to the cutting direction of the first cutting device, and
- e) subsequent size sorting of the cut semi-finished products in a sorting device, with cut semi-finished products below a defined size being sorted out.
Vorzugsweise verläuft die Schnittrichtung der ersten Schneideinrichtung parallel zur Fördereinrichtung, sodass beispielsweise eine Messerwalze verwendet werden kann, der die Halbzeuge mit einer Fördereinrichtung zugeführt werden. Durch die Größensortierung ist sichergestellt, dass geschnittene Halbzeuge mit zu kurzen Fasern aussortiert und nicht wiederverwertet werden.The cutting direction of the first cutting device preferably runs parallel to the conveying device, so that, for example, a knife roller can be used to which the semi-finished products are fed by a conveying device. Sorting by size ensures that cut semi-finished products with fibers that are too short are sorted out and not recycled.
Ferner kann das Verfahren folgende weitere Schritte aufweisen:
- f) Zuführen der geschnittenen Halbzeuge zu einer Separiereinrichtung, und
- g) Auffasern der geschnittenen Halbzeuge in der Separiereinrichtung.
- f) feeding the cut semi-finished products to a separating device, and
- g) Unraveling of the cut semi-finished products in the separating device.
Die geschnittenen Halbzeuge weisen vorzugsweise eine Kantenlänge von 10 bis 90 mm, insbesondere 20 bis 70 mm auf, sodass die Faserlängen in Längs- und Querrichtung jeweils 10 bis 90 mm, insbesondere 20 bis 70 mm betragen.The cut semi-finished products preferably have an edge length of 10 to 90 mm, in particular 20 to 70 mm, so that the fiber lengths in the longitudinal and transverse directions are each 10 to 90 mm, in particular 20 to 70 mm.
Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- -
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Baugruppe, - -
2 eine Detailansicht der Fördereinrichtung, - -
3 eine Schnittansicht durch die erste Schneideinrichtung.
- -
1 a schematic representation of an assembly according to the invention, - -
2 a detailed view of the conveyor system, - -
3 a sectional view through the first cutting device.
In
Bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffteilen entstehen häufig Schnittreste, beispielsweise, wenn Fasergelege in eine Form eingelegt werden und das überschüssige Material abgeschnitten wird. Diese Schnittreste können wiederverwendet werden, um Harz-Faser-Gemische mit kurzen Faserlängen herzustellen. Um gleichbleibende Materialeigenschaften solcher Harz-Faser-Gemische sicherzustellen, ist es aber erforderlich, dass im Wesentlichen gleiche Faserlängen verwendet werden.During the production of fiber-reinforced plastic parts, cut residues often arise, for example when fiber scrims are placed in a mold and the excess material is cut off. These cuttings can be reused to produce resin-fiber mixtures with short fiber lengths. In order to ensure consistent material properties of such resin-fiber mixtures, however, it is necessary that essentially the same fiber lengths are used.
Dazu werden die Halbzeuge
In der in
Die Baugruppe
Die Fördereinrichtung
Das Förderband
Die zweiten Förderbänder
Die erste Schneideinrichtung
Wie in
Die Messerwalzen
Die zweite Schneideinrichtung
Das Stanzmesser
Die Halbzeuge
Die geschnittenen Halbzeuge
Die geschnittenen Halbzeuge
Die Separiereinrichtung
In der Baugruppe
Da während bzw. zwischen den Schneidvorgängen kein Verschieben, Verdrehen oder Verschwenken der Halbzeuge
Die Kantenlänge der geschnittenen Halbzeuge
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