DE102019106629A1

DE102019106629A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials in ein Formwerkzeug

Info

Publication number: DE102019106629A1
Application number: DE102019106629.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Brink; Jan-Hendrik Ohlendorf; Marvin Richrath
Original assignee: Universitaet Bremen
Current assignee: Universitaet Bremen
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17

Abstract

Verfahren zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: kontinuierliches Zuführen des Materials als endlose oder in einer vorgebbaren Länge vorkonfektionierte Materialbahn, vorzugsweise kontrolliertes oder geregeltes, Erwärmen der Materialbahn durch kontinuierliches Fördern der Materialbahn an einer Heizeinrichtung vorbei oder durch diese hindurch, kontinuierliches variierbares Umformen der erwärmten Materialbahn durch kontinuierliches Fördern der erwärmten Materialbahn durch eine variabel einstellbare Umformeinrichtung, kontinuierliches Ablegen der umgeformten Materialbahn in ein Formwerkzeug unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn und dem Formwerkzeug, sowie Vorrichtung zur Durchführung desselben und Roboter oder Führungswagen mit derselben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug, sowie einen Roboter, insbesondere Portal-Roboter oder Führungswagen mit einer derartigen Vorrichtung.
Die kontinuierliche Ablage von beispielsweise thermoplastischen Hybridmaterialien sowie Lagenpaketen technischer Textilien mit thermoplastischen Elementen in ein Formwerkzeug erfolgt derzeit manuell.
Für die Herstellung von Bauteilen aus beispielsweise Faser-Kunststoff-Verbunden, wie z. B. Rotorblättern von Windenergieanlagen, werden Formwerkzeuge als negatives oder positives Abbild des zu fertigenden Bauteils genutzt, um biegeweiche, trockene technische Textilien für den Laminier- oder Infusionsvorgang zu positionieren und zu fixieren.
Bei dem Beispiel der Rotorblattfertigung nimmt die Handhabung der technischen Textilien einen hohen Stellenwert ein. Die einzelnen Bauteile des Rotorblattes werden beispielsweise in einem Vakuuminfusionsverfahren hergestellt. Hierzu werden die einzelnen Textillagen nacheinander in das entsprechende Formwerkzeug abgelegt und drapiert, um anschließend mit der Vakuuminfusion zu beginnen. Zukünftig werden absehbar immer mehr sogenannte Hybridtextilien im Bereich der Fertigung von Faser-Kunststoff-Verbunden eingesetzt. Die hybriden Textilien bestehen aus einem herkömmlichen Teil (beispielsweise ein Glasfasergelege oder -gewebe) und einem Kunststoff (beispielsweise Thermoplast). Eine besondere Herausforderung besteht in der Ablage der technischen Textilien in eine mehrdimensional gekrümmte Form. Mehrere technische Textilien werden hierfür nacheinander manuell in das Formwerkzeug abgelegt und an die Konturen der Form angedrückt. Dabei werden die Textilien übereinander angeordnet und müssen am Formwerkzeug anliegen. Beim Ablegen der Textilien dürfen keine Falten entstehen und die Lagen dürfen nicht untereinander verrutschen. Zusätzlich kann sich während der Ablagelänge die Geometrie des Formwerkzeugs ändern. Daneben weisen hybride Textilien auf Grund der Kunststoffanteile eine höhere Steifigkeit auf und haben daher auch eine geringere Drapierbarkeit.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein maschinelles kontinuierliches Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein Verfahren zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

- kontinuierliches Zuführen des Materials als endlose oder in einer vorgebbaren Länge vorkonfektionierte Materialbahn,
- vorzugsweise kontrolliertes oder geregeltes Erwärmen der Materialbahn durch kontinuierliches Fördern der Materialbahn an einer Heizeinheit vorbei oder durch diese hindurch,
- kontinuierliches variierbares Umformen der erwärmten Materialbahn durch kontinuierliches Fördern der erwärmten Materialbahn durch eine variabel einstellbare Umformeinheit, und
- kontinuierliches Ablegen der umgeformten Materialbahn in ein Formwerkzeug unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn und dem Formwerkzeug.

Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Vorformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug, wobei die Vorrichtung umfasst:

- eine Fördereinheit zum kontinuierlichen Fördern des Materials als endlose oder in einer vorgebbaren Länge vorkonfektionierte Materialbahn,
- eine Heizeinheit zum, vorzugsweise gesteuerten oder geregelten, Erwärmen der Materialbahn beim Fördern der Materialbahn an der Heizeinheit vorbei oder durch diese hindurch,
- eine der Heizeinheit nachgeschaltete variabel einstellbare Umformeinheit zum kontinuierlichen variierbaren Umformen der erwärmten Materialbahn und
- eine der Umformeinheit nachgeschaltete Ablegeeinheit zum kontinuierlichen Ablegen der umgeformten Materialbahn in ein Formwerkzeug unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn und dem Formwerkzeug.

Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Erwärmen ein linienförmiges oder flächiges Erwärmen umfasst.
Vorteilhafterweise wird die Erwärmung der Materialbahn durch die Fördergeschwindigkeit und die Wärmezufuhr gesteuert oder geregelt.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Umformen so, dass die Umformung entlang der Ablegelänge der Materialbahn variiert.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Materialbahn nach dem Umformen, vorzugsweise über die Breite der Materialbahn, abgekühlt, um die Biegesteifigkeit der Materialbahn wieder zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass beim Umformen das Zurückfederverhalten der Materialbahn nach einem nachfolgenden passiven oder aktiven Abkühlen berücksichtigt wird, um eine gewünschte Geometrie der Materialbahn zu erzeugen.
Vorteilhafterweise wird beim Ablegen der Materialbahn in das Formwerkzeug mindestens ein Drapierwerkzeug verwendet.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das mindestens eine Drapierwerkzeug kraftgeregelt in das Formwerkzeug gedrückt wird.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Innenkontur des Formwerkzeugs, vorzugsweise vorab, beispielsweise durch Scannen ermittelt und wird das Umformen der Materialbahn auf der Basis der ermittelten Innenkontur des Formwerkzeugs gesteuert oder geregelt.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nach dem Ablegen der Materialbahn in ein Formwerkzeug und gegebenenfalls Abschneiden der Materialbahn zumindest die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 wiederholt.
Bei der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Heizeinheit mindestens einen, vorzugsweise steuer- oder regulierbaren, Infrarot-Strahler und/oder mindestens einen Heizlüfter aufweist.
Vorteilhafterweise ist die Umformeinheit gestaltet, um die Umformung der Materialbahn entlang der Ablegelänge zu variieren.
Vorteilhafterweise weist die Umformeinheit mindestens ein höhenverstellbares Umformelement sowie mindestens zwei positionsvariabel einstellbare Umformbleche zur Erzeugung einer Gegenkraft auf.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner eine der Umformeinheit nachgeschaltete, vorzugsweise variabel einstellbare, Kühleinrichtung.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Ablegeeinrichtung mindestens ein, vorzugsweise kraftgeregeltes, Drapierwerkzeug umfasst.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner mindestens eine Formwerkzeuginnenkonturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Innenkontur eines Formwerkzeugs.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Umformeinheit gestaltet ist, um eine Umformung auf der Basis der ermittelten Innenkontur des Formwerkzeugs gesteuert oder geregelt durchzuführen.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung ferner eine Abschneideeinrichtung zum Abschneiden der in dem Formwerkzeug abgelegten Materialbahn umfasst.
Außerdem liefert die vorliegende Erfindung einen Roboter, insbesondere Portal-Roboter, oder Führungswagen mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine anpassbare (variierbare) Umformung des Materials nach einer Erwärmung eine maschinelle und kontinuierliche Ablage insbesondere von biegesteifen und/oder schwieriger drapierbaren Materialien in ein Formwerkzeug ermöglicht wird.
Ein Anwendungsbereich ist die Fertigung von Windenergieanlagen, insbesondere die Rotorblattfertigung. Neben dieser Branche kommen etliche Hersteller infrage, die beispielsweise trockene, aber auch vorgetränkte technische Textilien in ein Formwerkzeug ablegen. Hierzu zählen unter anderem die Flugzeug-, Automobil- sowie Schi enenfahrzeugindu strie.
Es können auch weniger biegeweiche Materialien, wie beispielsweise Organobleche und Metallbleche, kontinuierlich umgeformt werden und deren Geometrie über die Länge (Ablegelänge) verändert und angepasst werden.
Vorzugsweise erfolgt das Umformen und Ablegen vollautomatisch.
Wenn auch eine Abkühleinrichtung vorgesehen ist, so kann in einer besonderen Ausführungsform die Abkühlung auch steuer- bzw. regelbar sein. Die Abkühlung kann beispielsweise durch ein Gas (Druckluft) oder beispielsweise auch ein Fluid (Wasserkühlung) realisiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von besonderen Ausführungsformen der Erfindung anhand der schematischen Zeichnungen. Dabei zeigt/zeigen:

1 mehrere Vorderansichten einer Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Vorformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einsatz;
2 eine perspektivische Ansicht (links) der Vorrichtung von 1 schräg von vorne und eine Seitenansicht der Vorrichtung von 1;
3 eine Vorderansicht und eine Seitenansicht von einer Fördereinheit der Vorrichtung von 1 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 mehrere weitere perspektivische Ansichten der Vorrichtung von 1 schräg von vorne im Einsatz;
5 eine weitere perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1 schräg von vorne;
6 eine perspektivische Ansicht (rechts) einer Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schräg von vorne und eine Detailansicht (links);
7 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform schräg von vorne;
8A-8F Prozessschritte eines Verfahrens zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 eine perspektivische Ansicht eines Roboters mit einer Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
10 einen Führungswagen mit einer Vorrichtung zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials, wobei das Material ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 einen Prozessschritt des Scannens der Innenkontur eines Formwerkzeugs; und
12 eine Querschnittsansicht (rechts) eines Lagenpakets und eine schematische Darstellung (links) des Lagenpakets nach Vorformung (Umformung).

Die in den 1 bis 5 beispielhaft gezeigte Vorrichtung 100 umfasst eine Fördereinheit (70) zum kontinuierlichen Fördern eines Materials, wie z. B. das in der 12 gezeigte Material 200, im vorliegenden Fall von einer Materialrolle 10 als im vorliegenden Beispiel Endlos-Materialbahn 11, eine Heizeinheit 12 zum, vorzugsweise gesteuerten oder geregelten, Erwärmen der Materialbahn 11 an der Heizeinheit 12 vorbei, eine der Heizeinheit 12 nachgeschaltete variabel einstellbare Umformeinheit 13 zum kontinuierlichen variierbaren Umformen der mittels der Heizeinheit 12 erwärmten Materialbahn 11 und eine der Umformeinheit 13 nachgeschaltete Ablegeeinheit 26 (siehe 8A bis 8F als Beispiel) zum kontinuierlichen Ablegen der umgeformten Materialbahn in ein Formwerkzeug 28 (siehe beispielsweise 8A bis 8F) unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn 11 und dem Formwerkzeug 28.
Die Materialrolle 10 kann beispielsweise auf einer Wickelwelle (nicht gezeigt) gespeichert sein. Die Wickelwelle wiederum kann beispielsweise direkt durch einen Motor oder beispielsweise durch eine zusätzliche Antriebstrommel 62 (siehe 5) angetrieben werden.
12 zeigt beispielhaft einen Lagenaufbau des Materials 200. Eine erste Lage umfasst ein kaschiertes Hybrid 30 aus einer unteren Schicht aus Kunststoff 30a und einer oberen Schicht aus einem biaxialen Glasfasergelege 30b. Darüber folgen eine Schicht aus einem triaxialen Glasfasergelege 40 und eine Schicht aus einem biaxialen Glasfasergelege 50 mit unterschiedlicher Schäftung. Selbstverständlich sind weitere Kombinationen und Anordnungen denkbar. Das Material 200 kann z. B. ein Kunststoff (insbesondere Thermoplast) oder ein Kunststoff-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus Kunststoff oder Kunststoff-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil (siehe 12) umfassen. Es können auch beispielsweise Organobleche oder Metallbleche abgewickelt und umgeformt werden.
In der bestückten Vorrichtung 100 wird das Material 200 von der Materialrolle 10 als Materialbahn 11 abgewickelt. Ganz allgemein kann das Material entweder als Endlosrolle bestückt oder in gewünschten Längen vorkonfektioniert sein.
Die Heizeinheit 12 dient zur Verringerung der Biegesteifigkeit des Materials 200, um anschließend mittels der Umformeinheit 13 kontinuierlich umgeformt zu werden. Dazu weist die Heizeinheit 12 in diesem Beispiel entweder mindestens einen steuer- oder regulierbaren Infrarot-Strahler und/oder mindestens einen Heizlüfter auf. Die Heizeinheit 12 dient zur kontrollierten Wärmezufuhr, um in diesem Beispiel eine flächige Erwärmung der Materialbahn 11 zu erzielen. Es ist aber beispielsweise auch eine partielle steuer- bzw. regulierbare Erwärmung denkbar.
Die Umformeinheit 13 weist in diesem Beispiel ein oberes und zudem noch in der Höhe verstellbares Umformelement 14 und in diesem Beispiel zwei untere Umformbleche 16 zu beiden Seiten des Umformelements 14 auf.
Das obere Umformelement 14 ist mittels eins Aktuators 18 in der Höhe verstellbar. Die unteren Umformbleche 16 sind, wie beispielhaft in der 5 gezeigt, mittels in diesem Beispiel eines jeweiligen Aktuators 17 seitlich verstellbar.
Die variabel einstellbaren Umformbleche 16 dienen zur Erzeugung einer Gegenkraft. In diesem Beispiel sind die Umformbleche 16 starr an einem Rahmen (nicht dargestellt) der Vorrichtung 100 befestigt, um das Material 200 bzw. die Materialbahn 11 zu führen.
Wie sich beispielsweise aus der 1 ergibt, kann die Materialbahn 11 durch eine Kantenregulierung positionsgenau über ein Umlenkblech 19 geführt werden. Dazu wird in diesem Beispiel die Materialkante über einen Sensor 22 erfasst und durch eine axiale Verschiebung der Materialrolle 10 kann das Material 200 in Position gehalten werden (siehe auch 2).
Die Umformbleche 16 werden üblicherweise so positioniert, dass sie nicht mit dem Formwerkzeug 28 in Kontakt kommen. Das Formwerkzeug 28 kann jedoch für die Formgebung des Materials genutzt werden. Dafür können z. B. flexible Umformbleche verwendet werden, die auch in Kontakt mit dem Formwerkzeug kommen könnten.
Ein partielle und steuer- bzw. regulierbare Erwärmung der Materialbahn 11 ist beispielsweise durch beheizbare Umformbleche 16 (siehe 7) möglich.
Beispielsweise ist zur Umformung eines 2 mm dicken Materials aus Kunststoff eine Temperatur von 70°C notwendig. Die Erwärmung des Materials bzw. der Materialbahnen lässt sich durch die Fördergeschwindigkeit der Materialbahn 11 sowie durch die Wärmezufuhr beispielsweise mittels der Heizeinheit 12 steuern bzw. regulieren.
Wie beispielsweise durch die Abbildungen in der 1 von oben nach unten angedeutet werden soll, wird durch die einstellbaren Umformbleche 16 sowie durch das Positionieren des Umformelements 14 mittels des Aktuators 18 die Umformgeometrie bestimmt. Im vorliegenden Beispiel umfasst das Umformelement 14 eine mitlaufende Rolle 15. Alternativ kann das Umformelement 14 beispielsweise eine aktiv betriebene Kugel 15a (siehe 6) umfassen. Beispielsweise kann die Kugel 15a durch einen Motor (nicht gezeigt) quer zur Förderrichtung des Materials bzw. der Materialbahn rotiert werden. Somit ist eine Verschiebung des Materials möglich.
Die Umformeinheit 13 kann auch gestaltet sein, um eine seitliche Bewegung durchzuführen.
Die Vorrichtung 100 ist somit in der Lage, die Umformgeometrie während des kontinuierlichen Umformens einzustellen und somit die Kontur der Materialbahn 11 über die Ablegelänge zu verändern (siehe beispielsweise 4).
Um ein Zurückfedern des Materials 200 zu verhindern, kann nach der Umformung das Material über beispielsweise seine Breite abgekühlt werden, um die Biegesteifigkeit des Materials wieder zu erhöhen. Dies kann beispielsweise durch eine adaptive Kühleinheit 20 mittels eines Aktuators 21 erfolgen. Die adaptive Kühleinheit 20 kann mittels des Aktuators 21 die Geometrie ändern, um so die Geometrie des umgeformten Materials 200 bzw. der umgeformten Materialbahn 11 abzubilden. So ist eine gleichmäßige Kühlung vorzugsweise über die gesamte Breite der Materialbahn 11 möglich.
Wie sich aus den 8A bis 8F ergibt, kann die Ablegeeinheit 26 beispielsweise ein Drapierwerkzeug 60, im vorliegenden Beispiel in Form eines Drapierrades, aufweisen. Das Drapierrad dient zum Andrücken des umgeformten Materials 200 bzw. der umgeformten Materialbahn 11 in das Formwerkzeug 28 und verfügt in diesem Beispiel über einen Kraftsensor 63, worüber der Anpressdruck des Drapierrades in das Formwerkzeug 28 gemessen wird. Somit lässt sich die Andruckkraft regeln bzw. steuern und eine Beschädigung durch zu hohen Druck vermeiden.
Für eine direkte und kontinuierliche Ablage der Materialbahn 11 in ein Formwerkzeug 28 kann die Vorrichtung 100 beispielsweise durch einen Roboter 64, insbesondere einen Portal-Roboter (siehe 9), oder durch beispielsweise einen Führungswagen 66 (siehe 10) positioniert und verfahren werden. Hierdurch kann dann die Vorschub- bzw. Fördergeschwindigkeit geregelt werden. Zur besonders sicheren Ablage in das Formwerkzeug wird vorteilhafterweise das Drapierwerkzeug 60 beispielsweise mit einem Aktuator 61 zur Höhenverstellung benutzt (siehe 6 und 7).
Zudem besteht die Möglichkeit, beispielsweise durch ein direktes oder vorheriges Scannen des Formwerkzeugs 28 (siehe 11) mittels einer geeigneten Formwerkzeuginnenkonturermittlungseinrichtung 68, beispielsweise in Form einer Scaneinrichtung (siehe 11), die Innenkontur des Formwerkzeugs aufzunehmen und somit die Vorformung bzw. Umformung entsprechend zu regeln.
Ein beispielhafter Verfahrensablauf zur Umformung und Ablage eines entsprechenden Materials in einem Formwerkzeug 28 beispielsweise unter Verwendung der Vorrichtung 100 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 8A bis 8F beispielhaft dargestellt. Zu Beginn (siehe 8A) positioniert sich die Vorrichtung 100 an einem gewünschten Startpunkt über dem Formwerkzeug 28. Das Material 200 in Form der Materialbahn 11 wird anschließend zu den Umformblechen 16 in Längsrichtung des Formwerkzeugs 28 geführt, erwärmt (siehe 8B) und umgeformt (siehe 8C). Um die Biegesteifigkeit wieder zu erhöhen, kann das umgeformte Material 200 durch die Kühleinrichtung 20 abgekühlt werden (siehe 8C und 8D). Anschließend wird das umgeformte Material 200 mit dem Drapierwerkzeug 60 in das Formwerkzeug 28 drapiert (siehe 8D). Die Vorrichtung 100 verfährt entlang des Formwerkzeugs 28 und wickelt das Material 200 von der Materialrolle 10 synchronisiert ab (siehe 8D). Bei Endlosrollen würde abschließend ein Abschnitt durchgeführt (siehe 8E). Wenn das Material 200 bzw. die Materialbahn 11 komplett im Formwerkzeug 28 abgelegt wurde, ist die Vorrichtung 100 bereit für eine nächste Ablage (siehe 8F).
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in den beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Materialrolle
11: Materialbahn
12: Heizeinheit
13: Umformeinheit
14: Umformelement
15: Rolle
15a: Kugel
16: Umformbleche
17: Aktuatoren
18: Aktuator
19: Umlenkblech
20: Kühleinheit
21: Aktuator
22: Sensor
26: Ablegeeinheit
28: Formwerkzeug
30: kaschiertes Hybrid
30a: Kunststoff
30b: Glasfasergelege
40: triaxiales Glasfasergelege
50: biaxiales Glasfasergelege
60: Drapierwerkzeug
61: Aktuator
62: Antriebstrommel
63: Kraftsensor
64: Roboter
66: Führungswagen
68: Formwerkzeuginnenkonturermittlungseinrichtung
70: Fördereinheit

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials (200), wobei das Material (200) ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug (28), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - kontinuierliches Zuführen des Materials (200) als endlose oder in einer vorgebbaren Länge vorkonfektionierte Materialbahn (11), - vorzugsweise kontrolliertes oder geregeltes, Erwärmen der Materialbahn (11) durch kontinuierliches Fördern der Materialbahn (11) an einer Heizeinheit (12) vorbei oder durch diese hindurch, - kontinuierliches variierbares Umformen der erwärmten Materialbahn (11) durch kontinuierliches Fördern der erwärmten Materialbahn (11) durch eine variabel einstellbare Umformeinheit (13) und - kontinuierliches Ablegen der umgeformten Materialbahn (11) in ein Formwerkzeug (28) unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn (11) und dem Formwerkzeug (28).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erwärmen ein linienförmiges oder flächiges Erwärmen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erwärmung der Materialbahn (11) durch die Fördergeschwindigkeit und die Wärmezufuhr gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Umformen so erfolgt, dass die Umformung entlang der Ablegelänge der Materialbahn (11) variiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialbahn (11) nach dem Umformen, vorzugsweise über die Breite der Materialbahn (11), abgekühlt wird, um die Biegesteifigkeit der Materialbahn (11) wieder zu erhöhen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei beim Umformen das Zurückfederverhalten der Materialbahn (11) nach einem nachfolgenden passiven oder aktiven Abkühlen berücksichtigt wird, um eine gewünschte Geometrie der Materialbahn (11) zu erzeugen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei beim Ablegen der Materialbahn (11) in das Formwerkzeug (28) mindestens ein Drapierwerkzeug (60) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das mindestens eine Drapierwerkzeug (60) kraftgeregelt in das Formwerkzeug (28) gedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Innenkontur des Formwerkzeugs (28), vorzugsweise vorab, beispielsweise durch Scannen ermittelt wird und das Umformen der Materialbahn 11 auf der Basis der ermittelten Innenkontur des Formwerkzeugs (28) gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei nach dem Ablegen der Materialbahn (11) in ein Formwerkzeug (28) und gegebenenfalls Abschneiden der Materialbahn (11) zumindest die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 wiederholt werden.
Vorrichtung (100) zum kontinuierlichen, variierbaren und mehrdimensionalen Umformen und Ablegen eines Materials (200), wobei das Material (200) ein Thermoplast oder ein Thermoplast-Textil-Hybrid oder ein Lagenpaket aus einem Thermoplast und mindestens einem weiteren Textil oder einem Thermoplast-Textil-Hybrid und mindestens einem weiteren Textil oder ein Organoblech oder ein Metallblech ist, in ein Formwerkzeug (28), wobei die Vorrichtung umfasst: - eine Fördereinheit(70) zum kontinuierlichen Fördern des Materials (200) als endlose oder in einer vorgebbaren Länge vorkonfektionierte Materialbahn (11), - eine Heizeinheit (12) zum, vorzugsweise gesteuerten oder geregelten, Erwärmen der Materialbahn (11) beim Fördern der Materialbahn (11) an der Heizeinheit (12) vorbei oder durch diese hindurch, - eine der Heizeinheit (12) nachgeschaltete variabel einstellbare Umformeinheit (13) zum kontinuierlichen variierbaren Umformen der erwärmten Materialbahn (11) und - eine der Umformeinheit (13) nachgeschaltete Ablegeeinheit (26) zum kontinuierlichen Ablegen der umgeformten Materialbahn (11) in ein Formwerkzeug (28) unter Durchführung einer Relativbewegung zwischen der umgeformten Materialbahn (11) und dem Formwerkzeug (28).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 11, wobei die Heizeinheit (12) mindestens einen, vorzugsweise steuer- oder regelbaren, Infrarot-Strahler und/oder mindestens einen Heizlüfter aufweist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Umformeinheit (13) gestaltet ist, um die Umformung der Materialbahn (11) entlang der Ablegelänge zu variieren.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Umformeinheit (13) mindestens ein höhenverstellbares Umformelement sowie mindestens zwei positionsvariabel einstellbare Umformbleche (16) zur Erzeugung einer Gegenkraft aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, ferner umfassend eine der Umformeinheit (13) nachgeschaltete, vorzugsweise variabel einstellbare, Kühleinheit (20).
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Ablegeeinheit (26) mindestens ein, vorzugsweise kraftgeregeltes, Drapierwerkzeug (60) umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, ferner umfassend mindestens eine Formwerkzeuginnenkonturermittlungseinrichtung (68) zum Ermitteln der Innenkontur eines Formwerkzeugs (28).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 17, wobei die Umformeinheit (13) gestaltet ist, um eine Umformung auf der Basis der ermittelten Innenkontur des Formwerkzeugs (28) gesteuert oder geregelt durchzuführen.
Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend eine Abschneideeinrichtung zum Abschneiden der in dem Formwerkzeug (28) abgelegten Materialbahn (11).
Roboter (64), insbesondere Portal-Roboter, oder Führungswagen (66) mit einer Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 19.