DE102021116083B4 - Method for producing a sealing device for an electrical machine and device for carrying it out - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung (1) für eine elektrische Maschine zum Abdichten eines Statorraums zu einem Rotorraum, wobei die Abdichteinrichtung (1) wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist, umfassend die folgenden Schritte:Bereitstellen und Positionieren eines flächigen Halbzeugs (2) aus unausgehärtetem Faserverbundwerkstoff mit einer unidirektionalen Faserausrichtung;Zuschneiden des Halbzeugs (2) zur Erzeugung eines parallelogrammartigen Zuschnitts (12) mit zwei parallel zueinander verlaufenden Längsseiten (22) undzwei parallel zueinander und winkelig zu den Längsseiten (22) verlaufenden Querseiten (32);Aufbringen eines flexiblen Fertigungshilfsmittels (3) auf einen Aufnahmedorn (4);Ausrichten des Zuschnitts (12) und des Aufnahmedorns (4) relativ zueinander, sodass die Längsseiten (22) des Zuschnitts (12) rechtwinkelig zu einer Drehachse (14) des Aufnahmedorns (4) positioniert sind;Aufrollen des Zuschnitts (12) auf den mit dem Fertigungshilfsmittel (3) ausgestatteten drehbaren Aufnahmedorn (4), sodass die Querseiten (32) spaltfrei aneinanderstoßen und ein unausgehärteter zylinderförmiger Vorformling (10) entsteht;wobei der Zuschnitt (12) so auf den Aufnahmedorn (4) aufgerollt wird, dass die Fasern des Zuschnitts (12) wenigstens teilweise parallel über den Umfang des Aufnahmedorns (4) laufenund wobei der Aufnahmedorn (4) zum Aufrollen des Zuschnitts (12) dadurch in eine Drehbewegung versetzt wird, dass der Aufnahmedorn (4) über den Zuschnitt (12) gerollt wirdund wobei das Halbzeug (2) wenigstens während des Zuschneidens und/oder Aufrollens auf den Aufnahmedorn (4) auf einem Bearbeitungstisch (6) mittels Unterdruck fixiert wird und wobei der Unterdruck während des Aufrollens lokal gezielt angepasst wird, um wenigstens diejenigen Bereiche des Halbzeugs (2) weniger stark oder gar nicht mehr zu fixieren, welche zum Aufrollen den Bearbeitungstisch (6) verlassen müssen.Method for producing a sealing device (1) for an electrical machine for sealing a stator space to a rotor space, wherein the sealing device (1) is at least partially made of a fiber composite material, comprising the following steps: Providing and positioning a flat semi-finished product (2) made of uncured Fiber composite material with a unidirectional fiber orientation;Cutting the semi-finished product (2) to produce a parallelogram-like blank (12) with two longitudinal sides (22) running parallel to each other and two transverse sides (32) running parallel to each other and at an angle to the long sides (22);Applying a flexible manufacturing aid (3) on a receiving mandrel (4); aligning the blank (12) and the receiving mandrel (4) relative to one another so that the long sides (22) of the blank (12) are positioned at right angles to a rotation axis (14) of the receiving mandrel (4). ;Rolling up the blank (12) onto the rotatable mandrel (4) equipped with the production aid (3) so that the transverse sides (32) abut each other without a gap and an uncured cylindrical preform (10) is created; the blank (12) being placed on the mandrel (4) is rolled up so that the fibers of the blank (12) run at least partially parallel over the circumference of the receiving mandrel (4) and the receiving mandrel (4) is set in a rotational movement for rolling up the blank (12) in that the receiving mandrel ( 4) is rolled over the blank (12) and wherein the semi-finished product (2) is fixed on a processing table (6) by means of negative pressure at least during cutting and / or rolling onto the mandrel (4) and wherein the negative pressure is locally adjusted in a targeted manner during rolling in order to fix at least those areas of the semi-finished product (2) to a lesser extent or no longer at all, which have to leave the processing table (6) in order to be rolled up.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Abdichteinrichtung dient zum Abdichten eines Statorraums zu einem Rotorraum und ist wenigstens teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt.The present invention relates to a method for producing a sealing device for an electrical machine and a device for carrying out the method. The sealing device serves to seal a stator space from a rotor space and is at least partially made of a fiber composite material.
Eine solche Abdichteinrichtung ist beispielsweise aus der
Die
Die
Aus der
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte und vorzugsweise automatisierungsfähige Möglichkeit zur Herstellung einer solchen Abdichteinrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere soll eine wirtschaftliche Fertigung mit einem hohen Qualitätsanspruch an die Abdichteinrichtung möglich sein.In contrast, the object of the present invention is to provide an improved and preferably automated possibility for producing such a sealing device. In particular, economical production with high quality standards for the sealing device should be possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 13. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.This object is achieved by a method with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung einer Abdichteinrichtung für eine elektrische Maschine. Die Abdichteinrichtung ist zum Abdichten eines Statorraums zu einem Rotorraum vorgesehen. Die Abdichteinrichtung ist wenigstens teilweise aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte in dieser oder einer anderen zur Herstellung geeigneten Reihenfolge: Bereitstellen und Positionieren eines flächigen Halbzeugs (sog. Prepreg) aus unausgehärtetem Faserverbundwerkstoff mit einer unidirektionalen Faserausrichtung; Zuschneiden des Halbzeugs zur Erzeugung eines insbesondere parallelogrammartigen Zuschnitts mit zwei parallel zueinander verlaufenden Längsseiten und zwei parallel zueinander und winkelig zu den Längsseiten verlaufenden Querseiten; Aufbringen eines flexiblen Fertigungshilfsmittels auf einen Aufnahmedorn (insbesondere durch Aufschieben und/oder Aufrollen); Ausrichten des Zuschnitts und des Aufnahmedorns relativ zueinander, sodass die Längsseiten des Zuschnitts rechtwinkelig zu einer Drehachse des Aufnahmedorns positioniert sind; Aufrollen des Zuschnitts auf den mit dem Fertigungshilfsmittel ausgestatteten drehbaren Aufnahmedorn, sodass die Querseiten spaltfrei (insb. berührend) aneinanderstoßen und ein unausgehärteter zylinderförmiger Vorformling entsteht; insbesondere Bereitstellen des Vorformlings zur Positionierung und Aushärtung im Stator; insbesondere zuvor oder anschließend Entfernen des Vorformlings vom Aufnahmedorn in axialer Richtung des Aufnahmedorns. Dabei wird der Zuschnitt so auf den Aufnahmedorn aufgerollt, dass die Fasern des Zuschnitts wenigstens teilweise parallel über den Umfang des Aufnahmedorns laufen. Der Aufnahmedorn wird zum Aufrollen des Zuschnitts dadurch in eine Drehbewegung versetzt, dass der Aufnahmedorn über den Zuschnitt gerollt wird. Das Halbzeug wird wenigstens während des Zuschneidens und/oder Aufrollens auf den Aufnahmedorn auf einem Bearbeitungstisch mittels Unterdruck fixiert. Der Unterdruck wird während des Aufrollens lokal gezielt angepasst, um wenigstens diejenigen Bereiche des Halbzeugs weniger stark oder gar nicht mehr zu fixieren, welche zum Aufrollen den Bearbeitungstisch verlassen müssen.The method according to the invention is used to produce a sealing device for an electrical machine. The sealing device is intended for sealing a stator space from a rotor space. The sealing device is at least partially made of at least one fiber composite material. The method includes the following steps in this or another order suitable for production: providing and positioning a flat semi-finished product (so-called prepreg) made of uncured fiber composite material with a unidirectional fiber orientation; Cutting the semi-finished product to produce a particularly parallelogram-like blank with two longitudinal sides running parallel to one another and two transverse sides running parallel to one another and at an angle to the long sides; Applying a flexible manufacturing aid to a mandrel (in particular by pushing it on and/or rolling it up); Aligning the blank and the mandrel relative to one another so that the longitudinal sides of the blank are positioned perpendicular to a rotation axis of the mandrel; Rolling up the blank onto the rotatable mandrel equipped with the production aid so that the transverse sides abut each other without a gap (especially touching) and an uncured cylindrical preform is created; in particular providing the preform for positioning and curing in the stator; in particular before or after removing the preform from the receiving mandrel in the axial direction of the receiving mandrel. The blank is rolled onto the mandrel in such a way that the fibers of the blank run at least partially parallel over the circumference of the mandrel. To roll up the blank, the mandrel is set into a rotational movement by rolling the mandrel over the blank. The semi-finished product is fixed on a processing table using negative pressure at least during cutting and/or rolling onto the mandrel. The negative pressure is locally adjusted during rolling up in order to fix at least those areas of the semi-finished product to a lesser extent or no longer at all, which have to leave the processing table to be rolled up.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet viele Vorteile. Ein erheblicher Vorteil ist, dass ein an den Stator angepasster und sehr präziser Vorformling in automatisierten Verfahrensschritten hergestellt werden kann. Das bietet erhebliche qualitative und auch wirtschaftliche Vorteile gegenüber einer Vorgehensweise, bei der unausgehärtete Stücke des Faserverbundwerkstoffs einzeln von innen an den Stator laminiert werden. Insgesamt ermöglicht die Erfindung eine besonders zuverlässige und zugleich reproduzierbare Fertigung. Besonders vorteilhaft ist dabei auch das erfindungsgemäße Zuschneiden des Halbzeugs in Kombination mit dem Aufrollen. Das ermöglicht eine präzise und spaltfreie Formung der Halbzeuge zu einem zylinderförmigen Vorformling, welcher dadurch eine robuste und mechanisch hochwirksame Abdichtung bietet.The method according to the invention offers many advantages. A significant advantage is that a very precise preform adapted to the stator can be produced in automated process steps. This offers significant qualitative and economic advantages over a procedure in which uncured pieces of the fiber composite material are individually laminated to the stator from the inside. Overall, the invention enables particularly reliable and at the same time reproducible production. The cutting of the semi-finished product according to the invention in combination with rolling it up is particularly advantageous. This enables precise and gap-free shaping of the semi-finished products into a cylindrical preform, which therefore offers a robust and highly mechanically effective seal.
Die erfindungsgemäße hergestellte Abdichteinrichtung kann insbesondere als ein Liner bezeichnet werden. Das Halbzeug kann insbesondere auch als Prepreg bezeichnet werden. Der Vorformling kann insbesondere auch als Preform bezeichnet werden. Insbesondere wird der Liner aus dem Vorformling gebildet (ausgehärtet).The sealing device produced according to the invention can be referred to in particular as a liner. The semi-finished product can in particular also be referred to as a prepreg. The preform can in particular also be referred to as a preform. In particular, the liner is formed (cured) from the preform.
Vorzugsweise wird das Halbzeug von wenigstens einer Rolle automatisch zugeführt. Insbesondere ist dazu wenigstens eine Zuführeinrichtung vorgesehen. Das ist besonders bei einer hohen Produktionsrate von Vorteil. Möglich ist auch, dass das Halbzeug stückweise automatisch zugeführt wird. Beispielsweise werden dazu teilweise konfektionierte Abschnitte bzw. Matten zugeführt.The semi-finished product is preferably fed automatically from at least one roll. In particular, at least one feed device is provided for this purpose. This is particularly advantageous at a high production rate. It is also possible for the semi-finished product to be fed in piece by piece. For example, partially assembled sections or mats are supplied for this purpose.
Das Halbzeug wird vorzugsweise vor dem Zuschneiden mittels wenigstens einer Manipulatoreinrichtung in eine formschlüssig bestimmte Bearbeitungsposition und vorzugsweise in Richtung einer 0°-Faserrichtung einer insbesondere unidirektionalen Faserausrichtung des Halbzeugs zugeführt.Before cutting, the semi-finished product is preferably fed into a positively determined processing position and preferably in the direction of a 0° fiber direction of a particularly unidirectional fiber orientation of the semi-finished product by means of at least one manipulator device.
Für die formschlüssig bestimmte Bearbeitungsposition ist insbesondere wenigstens ein Bearbeitungstisch mit wenigstens einem Anschlag vorgesehen. Insbesondere wird das Halbzeug mittels der Zuführeinrichtung an den wenigstens einen Anschlag und vorzugsweise an wenigstens zwei Anschläge automatisch angelegt. Insbesondere ist für wenigstens eine Längsseite des Halbzeugs wenigstens ein Anschlag vorgesehen. Insbesondere ist für wenigstens eine Querseite des Halbzeugs wenigstens ein Anschlag vorgesehen. Insbesondere ist der Anschlag ausrichtbar und vorzugsweise abklappbar. In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass der Anschlag wenigstens in z-Richtung ausfahrbar ist.In particular, at least one processing table with at least one stop is provided for the positively determined processing position. In particular, the semi-finished product is automatically applied to the at least one stop and preferably to at least two stops by means of the feed device. In particular, at least one stop is provided for at least one long side of the semi-finished product. In particular, at least one stop is provided for at least one transverse side of the semi-finished product. In particular, the stop can be aligned and preferably folded down. In all configurations, it is preferred that the stop can be extended at least in the z direction.
Das Halbzeug wird wenigstens während des Zuschneidens und/oder wenigstens während des Aufrollens auf den Aufnahmedorn auf einem Bearbeitungstisch mittels Unterdruck fixiert. Insbesondere weist der Bearbeitungstisch dazu eine Mehrzahl von Saugstellen auf.The semi-finished product is fixed on a processing table by means of negative pressure at least during cutting and/or at least during rolling onto the mandrel. In particular, the processing table has a plurality of suction points for this purpose.
Der Unterdruck wird während des Aufrollens lokal gezielt angepasst. Insbesondere werden dadurch wenigstens diejenigen Bereiche des Halbzeugs bzw. Zuschnitts weniger stark oder gar nicht mehr fixiert, welche zum Aufrollen den Bearbeitungstisch verlassen müssen bzw. verlassen sollen.The negative pressure is locally adjusted during rolling up. In particular, at least those areas of the semi-finished product or blank that have to leave or should leave the processing table in order to be rolled up are less firmly fixed or no longer fixed at all.
In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass das Halbzeug wenigstens an den Querseiten mittels wenigstens einer Manipulatoreinrichtung mit wenigstens einer Schneideinheit winkelig zugeschnitten wird. Vorzugsweise wird das Halbzeug winkelig zu einer 0°-Faserrichtung einer unidirektionalen Faserausrichtung des Halbzeugs zugeschnitten. Insbesondere wird das Halbzeug in einem Winkel von größer 0° zugeschnitten. Insbesondere wird das Halbzeug in einem Winkel kleiner eines rechten Winkels zur 0°-Faserrichtung zugeschnitten. Beispielsweise wird das Halbzeug in einem Winkel von 45° zur 0°-Faserausrichtung zugeschnitten. Möglich sind auch andere Winkel, beispielsweise zwischen zwischen 15° und 75° zur 0°-Faserausrichtung. Vorzugsweise werden beide Querseiten des Halbzeugs in einem gleichen Winkel zur 0°-Faserrichtung zugeschnitten. Insbesondere werden die Querseiten derart winkelig zugeschnitten, dass sie parallel zueinander verlaufen.In all embodiments it is preferred that the semi-finished product is cut at an angle at least on the transverse sides by means of at least one manipulator device with at least one cutting unit. Preferably, the semi-finished product is cut at an angle to a 0° fiber direction of a unidirectional fiber orientation of the semi-finished product. In particular, the semi-finished product is cut at an angle of greater than 0°. In particular, the semi-finished product is cut at an angle smaller than a right angle to the 0° fiber direction. For example, the semi-finished product is cut at an angle of 45° to the 0° fiber alignment. Other angles are also possible, for example between 15° and 75° to the 0° fiber alignment. Both transverse sides of the semi-finished product are preferably cut at an equal angle to the 0° fiber direction. In particular, the transverse sides are cut at an angle in such a way that they run parallel to one another.
Möglich ist auch, dass die Längsseiten zugeschnitten werden. Insbesondere werden dann die Längsseiten parallel zu einer 0°-Faserrichtung zugeschnitten. Die Längsseiten werden so zugeschnitten dass sie parallel zueinander verlaufen.It is also possible for the long sides to be cut. In particular, the long sides are then cut parallel to a 0° grain direction. The long sides are cut so that they run parallel to each other.
Der Zuschnitt weist die Geometrie eines Parallelogramms auf. Es ist möglich, dass die Längsseiten und Querseiten gleich lang ausgebildet sind, sodass der Zuschnitt die Geometrie einer Raute aufweist.The cut has the geometry of a parallelogram. It is possible for the long sides and transverse sides to be of the same length, so that the blank has the geometry of a rhombus.
Der Aufnahmedorn umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Ansaugöffnungen. Insbesondere wird das Fertigungshilfsmittel an den Ansaugöffnungen des Aufnahmedorns mittels Unterdruck angesaugt. Insbesondere kann der Unterdruck reguliert werden, um eine Reibung zwischen Fertigungshilfsmittel und Aufnahmedorn anzupassen. Insbesondere ist das Fertigungshilfsmittel aus einem bei den zu erwartenden Druckbedingungen druckfesten Werkstoff gefertigt.The receiving mandrel preferably comprises a plurality of suction openings. In particular, the production aid is sucked into the suction openings of the mandrel using negative pressure. In particular, the negative pressure can be regulated in order to adjust friction between the production aid and the mandrel. In particular, the production aid is made of a material that is pressure-resistant under the expected pressure conditions.
Das Fertigungshilfsmittel wird vorzugsweise mittels der Ansaugöffnungen mit einem Überdruck beaufschlagt, sodass das Fertigungshilfsmittel zusammen mit dem Vorformling (ohne unerwünschte Formänderungen des Vorformlings) in axialer Richtung vom Aufnahmedorn entfernt werden kann. Das Trennen des Vorformlings vom Aufnahmedorn kann innerhalb oder auch außerhalb des Stators erfolgen. Insbesondere wird das Fertigungshilfsmittel vom Vorformling entfernt. Möglich ist auch, dass das Fertigungshilfsmittel am Vorformling verbleibt.The production aid is preferably subjected to excess pressure by means of the suction openings, so that the production aid together with the preform (without undesirable Changes in shape of the preform) can be removed from the mandrel in the axial direction. The preform can be separated from the mandrel inside or outside the stator. In particular, the production aid is removed from the preform. It is also possible for the production aid to remain on the preform.
Vorzugsweise wird als Fertigungshilfsmittel ein Folienschlauch eingesetzt. Möglich und bevorzugt ist auch, dass als Fertigungshilfsmittel ein Schrumpfschlauch eingesetzt wird. In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass das Fertigungshilfsmittel als Trägermaterial für den noch nicht ausgehärteten Vorformling dient. Insbesondere dient das Fertigungshilfsmittel dazu, den Vorformling vom Aufnahmedorn entfernen zu können. Es ist möglich, dass der Vorformling radial nach außen gegen den Stator gepresst wird, wenn er im Stator positioniert ist. Dazu kann vorgesehen sein, dass auf das Fertigungshilfsmittel ein Druck ausgeübt wird. Der Vorformling kann wenigstens teilweise am Stator anliegend und insbesondere gegen den Stator gepresst aushärten.A film tube is preferably used as a production aid. It is also possible and preferred for a shrink tube to be used as a production aid. In all configurations, it is preferred that the production aid serves as a carrier material for the preform that has not yet hardened. In particular, the production aid serves to be able to remove the preform from the mandrel. It is possible that the preform is pressed radially outward against the stator when positioned in the stator. For this purpose, it can be provided that pressure is exerted on the production aid. The preform can harden at least partially resting on the stator and in particular pressed against the stator.
Das Aufbringen des Fertigungshilfsmittels erfolgt vorzugsweise durch Aufschieben des Fertigungshilfsmittels auf den Aufnahmedorn. Insbesondere wird das Fertigungshilfsmittel auf den (stehenden bzw. zu dieser Zeit nicht drehbaren) Aufnahmedorn axial aufgeschoben. Beispielsweise ist das Fertigungshilfsmittel dazu als Schrumpfschlauch und/oder als ein (geschlossener) Folienschlauch ausgebildet. Möglich ist auch, dass das Aufbringen des Fertigungshilfsmittels durch (automatisches) Drehen des Aufnahmedorns erfolgt.The production aid is preferably applied by pushing the production aid onto the mandrel. In particular, the production aid is pushed axially onto the (stationary or non-rotatable) receiving mandrel. For example, the production aid is designed as a shrink tube and/or as a (closed) film tube. It is also possible for the production aid to be applied by (automatically) rotating the mandrel.
Es ist möglich und vorteilhaft, dass das Halbzeug beidseitig mit jeweils wenigstens einer Schutzfolie ausgestattet ist. Insbesondere wird wenigstens eine obere Schutzfolie vor dem Aufrollen auf den Aufnahmedorn und/oder wenigstens eine untere Schutzfolie nach dem Aufrollen auf den Aufnahmedorn mittels wenigstens einer Manipulatoreinrichtung mit einer Saugnapfeinheit und/oder einer Greifeinheit abgezogen. Das Halbzeug kann auch nur einseitig eine Schutzfolie aufweisen. Möglich ist auch, dass das Halbzeug keine Schutzfolie aufweist.It is possible and advantageous for the semi-finished product to be equipped with at least one protective film on both sides. In particular, at least one upper protective film is removed before rolling onto the receiving mandrel and/or at least one lower protective film is removed after rolling onto the receiving mandrel by means of at least one manipulator device with a suction cup unit and/or a gripping unit. The semi-finished product can also only have a protective film on one side. It is also possible that the semi-finished product does not have a protective film.
Insbesondere wird das Halbzeug wenigstens abschnittsweise zur lokalen Haftungsreduktion der Schutzfolie gekühlt. Beispielsweise wird dazu ein Mittel mit einer gegenüber der Umgebungstemperatur bzw. gegenüber der Temperatur der Schutzfolie geringeren Temperatur eingesetzt. Insbesondere geschieht das mittels der Manipulatoreinrichtung, welche mit einer geeigneten Werkzeugeinheit ausgestattet ist.In particular, the semi-finished product is cooled at least in sections to locally reduce the adhesion of the protective film. For example, an agent with a lower temperature than the ambient temperature or the temperature of the protective film is used. This is done in particular by means of the manipulator device, which is equipped with a suitable tool unit.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird die Abdichteinrichtung aus einem zweilagigen oder mehrlagigen Faserverbundwerkstoff gefertigt. Insbesondere umfasst der Vorformling wenigstens zwei koaxial angeordnete Halbzeuge. Insbesondere stellen die Halbzeuge jeweils eine Lage des Vorformlings bzw. der Abdichteinrichtung bereit. Insbesondere werden die Halbzeuge jeweils so positioniert und zugeschnitten, dass für jedes Halbzeug jeweils ein Zuschnitt bereitsteht, wie er zuvor beschrieben wurde. Vorzugsweise werden die Zuschnitte nacheinander auf den Aufnahmedorn aufgerollt, sodass ein wenigstens zweilagig unausgehärteter zylinderförmiger Vorformling entsteht. Möglich ist auch, dass drei oder mehr Zuschnitte aufgerollt werden, sodass ein dreilagiger oder mehrlagiger Vorformling entsteht. Der Vorformling kann auch einlagig ausgeführt sein.In an advantageous development of the method, the sealing device is made from a two-layer or multi-layer fiber composite material. In particular, the preform comprises at least two coaxially arranged semi-finished products. In particular, the semi-finished products each provide one layer of the preform or the sealing device. In particular, the semi-finished products are each positioned and cut to size so that a blank is available for each semi-finished product, as described above. Preferably, the blanks are rolled one after the other onto the mandrel, so that an uncured cylindrical preform with at least two layers is created. It is also possible for three or more blanks to be rolled up to create a three-layer or multi-layer preform. The preform can also be designed in one layer.
Die Halbzeuge für den wenigstens zweilagigen Vorformling weisen insbesondere jeweils eine unidirektionale Faserausrichtung auf. Insbesondere werden die Halbzeuge wenigstens an ihren Querseiten mittels wenigstens einer Manipulatoreinrichtung winkelig zur 0°-Faserrichtung zugeschnitten. Insbesondere werden die Querseiten des wenigstens einen Halbzeugs in einem anderen Winkel zur 0°-Faserrichtung zugeschnitten als die Querseiten des wenigstens einen anderen Halbzeugs. Besonders bevorzugt unterscheiden sich die Winkel in Bezug auf ihre Vorzeichen. Beispielsweise wird das eine Halbzeug in einem Winkel von +45° und das andere Halbzeug in einem Winkel von -45° an den Querseiten zugeschnitten. Insbesondere werden die jeweils zu einem Halbzeug gehörenden Querseiten im gleichen Winkel zugeschnitten. So können parallele oder sogar überlappende Stöße vermieden werden. Der koaxial äußere Zuschnitt wird insbesondere so aufgerollt, dass dessen Stoß wenigstens teilweise oder sogar vollständig beabstandet zu dem Stoß des koaxial inneren Zuschnitts verläuft. Insbesondere sind die Halbzeuge in Bezug auf ihre 0°-Faserrichtung parallel zueinander ausgerichtet. Möglich sind aber auch winkelige Anordnungen der Halbzeuge in Bezug auf ihre 0°-Faserrichtungen.The semi-finished products for the at least two-layer preform each have, in particular, a unidirectional fiber orientation. In particular, the semi-finished products are cut at an angle to the 0° fiber direction at least on their transverse sides using at least one manipulator device. In particular, the transverse sides of the at least one semi-finished product are cut at a different angle to the 0° fiber direction than the transverse sides of the at least one other semi-finished product. The angles particularly preferably differ in terms of their signs. For example, one semi-finished product is cut at an angle of +45° and the other semi-finished product is cut at an angle of -45° on the transverse sides. In particular, the transverse sides belonging to a semi-finished product are cut at the same angle. In this way, parallel or even overlapping joints can be avoided. The coaxial outer blank is in particular rolled up in such a way that its joint is at least partially or even completely spaced from the joint of the coaxial inner blank. In particular, the semi-finished products are aligned parallel to one another with respect to their 0° fiber direction. However, angular arrangements of the semi-finished products in relation to their 0° fiber directions are also possible.
In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass der Aufnahmedorn an einer Führungseinrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist der Aufnahmedorn durch die Führungseinrichtung automatisch relativ zu dem Halbzeug bzw. Zuschnitt ausrichtbar. Eine solche Führungseinrichtung bietet in der Regel eine erheblich präzisere Ausrichtung des Aufnahmedorns als z. B. ein Manipulator in der Art eines Industrieroboters. Dazu kann die Führungseinrichtung z. B. eine einachsige oder eine zweiachsige oder mehrachsige Bewegbarkeit aufweisen. Beispielsweise ist der Aufnahmedorn entlang einer oder entlang von zwei oder auch von drei Achsen der Führungseinrichtung geführt verfahrbar. Der Aufnahmedorn kann aber auch an einer Manipulatoreinrichtung und zum Beispiel an einem Industrieroboter angeordnet sein.In all embodiments it is preferred that the receiving mandrel is arranged on a guide device. In particular, the receiving mandrel can be automatically aligned relative to the semi-finished product or blank by the guide device. Such a guide device usually offers a significantly more precise alignment of the mandrel than, for example. B. a manipulator in the manner of an industrial robot. For this purpose, the management device can z. B. have single-axis or two-axis or multi-axis mobility. For example, the receiving mandrel can be moved along one or along two or three axes of the guide device. But the mandrel can can also be arranged on a manipulator device and, for example, on an industrial robot.
Der Aufnahmedorn wird zum Aufrollen des Zuschnitts dadurch in eine Drehbewegung versetzt, dass der Aufnahmedorn über den (auf dem Bearbeitungstisch liegenden) Zuschnitt gerollt wird. Das hat den Vorteil, dass keine störende Relativgeschwindigkeit zwischen Aufnahmedorn und Zuschnitt auftritt und somit eine besonders hohe Prozesssicherheit erreicht wird. Insbesondere ist ein Antrieb des Aufnahmedorns hierfür abkoppelbar bzw. abschaltbar.To roll up the blank, the mandrel is set into a rotational movement by rolling the mandrel over the blank (lying on the processing table). This has the advantage that there is no disturbing relative speed between the mandrel and the blank and thus a particularly high level of process reliability is achieved. In particular, a drive of the receiving mandrel can be disconnected or switched off for this purpose.
Insbesondere ist der Durchmesser des Aufnahmedorns an einen Durchmesser des herzustellenden Vorformlings angepasst. Insbesondere ist der Aufnahmedorn zylindrisch ausgebildet. Insbesondere ist der Aufnahmedorn an die Kontur des Vorformlings und/oder an die Kontur einer radialen Innenseite des Stators angepasst.In particular, the diameter of the receiving mandrel is adapted to a diameter of the preform to be produced. In particular, the receiving mandrel is cylindrical. In particular, the receiving mandrel is adapted to the contour of the preform and/or to the contour of a radial inside of the stator.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung einer Abdichteinrichtung, wie es zuvor beschrieben wurde. Auch mit einer solchen Vorrichtung kann die erfindungsgemäße Aufgabe besonders vorteilhaft gelöst werden.The device according to the invention is used to carry out the method for producing a sealing device, as described above. The object according to the invention can also be achieved particularly advantageously with such a device.
Die Vorrichtung ist insbesondere als ein Bearbeitungszentrum ausgebildet. Insbesondere umfasst die Vorrichtung die zuvor beschriebenen Mittel zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere ist die Vorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die zuvor beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen. Insbesondere umfasst die Vorrichtung wenigstens einen Aufnahmedorn. Insbesondere umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Manipulatoreinrichtung und insbesondere wenigstens eine Führungseinrichtung und insbesondere wenigstens einen Bearbeitungstisch und insbesondere wenigstens eine Zuführeinrichtung. Der Aufnahmedorn ist insbesondere an die Führungseinrichtung gekoppelt. Möglich ist aber auch, dass der Aufnahmedorn an die Manipulatoreinrichtung gekoppelt ist.The device is designed in particular as a processing center. In particular, the device comprises the previously described means for carrying out the method. In particular, the device is suitable and designed to carry out the method steps described above. In particular, the device comprises at least one receiving mandrel. In particular, the device comprises at least one manipulator device and in particular at least one guide device and in particular at least one processing table and in particular at least one feed device. The receiving mandrel is coupled in particular to the guide device. However, it is also possible for the receiving mandrel to be coupled to the manipulator device.
Insbesondere umfasst die Manipulatoreinrichtung wenigstens eine Saugnapfeinheit und/oder Greifeinheit. Die Manipulatoreinrichtung ist beispielsweise als ein Industrieroboter oder als eine andere Vorrichtung ausgebildet, welche einen Arm mit einer oder zwei oder mehr Bewegungsachsen bietet. Insbesondere umfasst der Bearbeitungstisch wenigstens einen und vorzugsweise wenigstens zwei ausrichtbare Anschläge.In particular, the manipulator device comprises at least one suction cup unit and/or gripping unit. The manipulator device is designed, for example, as an industrial robot or as another device which offers an arm with one or two or more axes of movement. In particular, the processing table comprises at least one and preferably at least two alignable stops.
Insbesondere umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Schneideinheit. Vorzugsweise ist die Schneideinheit an eine Führungseinrichtung und besonders bevorzugt an die Führungseinrichtung des Aufnahmedorns gekoppelt. Die Schneideinheit ist insbesondere dort befestigt, wo auch der Aufnahmedorn befestigt ist. Das bietet eine besonders präzise Führung der Schneideinheit. Es ist zwar auch möglich, die Schneideinheit z. B. an einem Roboterarm zu montieren, für maximal präzise Ergebnisse ist dies jedoch nicht zu empfehlen. Die Schneideinheit kann bewegbar oder auch ortsfest an der Führungseinrichtung angeordnet sein. Die Schneideinheit kann an dem Aufnahmedorn angeordnet sein.In particular, the device comprises at least one cutting unit. Preferably, the cutting unit is coupled to a guide device and particularly preferably to the guide device of the receiving mandrel. The cutting unit is attached in particular where the mandrel is also attached. This offers particularly precise guidance of the cutting unit. It is also possible to use the cutting unit e.g. B. mounted on a robot arm, but this is not recommended for maximum precise results. The cutting unit can be arranged movably or stationary on the guide device. The cutting unit can be arranged on the receiving mandrel.
Vorzugsweise ist als Halbzeug eine unausgehärtete Faserverbundmatte vorgesehen. Insbesondere besteht das Halbzeug aus wenigstens einem Faserverbundwerkstoff. Insbesondere umfasst das Halbzeug wenigstens ein Matrixmaterial und wenigstens eine Art von Verstärkungsfasern, welche in das Matrixmaterial eingebettet sind. Bevorzugt ist ein endlosfaserverstärkter Kunststoff vorgesehen. In allen Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass das Halbzeug eine unidirektionale Faserausrichtung aufweist. Das Halbzeug kann auch als ein sogenanntes UD-Gelege (unidirektionales Gelege) bezeichnet werden. Möglich ist auch eine zwei- oder mehrdirektionale Faserausrichtung oder ein Gewebe, Geflecht und/oder ein ähnliches geeignetes Halbzeug.An uncured fiber composite mat is preferably provided as a semi-finished product. In particular, the semi-finished product consists of at least one fiber composite material. In particular, the semi-finished product comprises at least one matrix material and at least one type of reinforcing fibers, which are embedded in the matrix material. An endless fiber-reinforced plastic is preferably provided. In all embodiments it is provided that the semi-finished product has a unidirectional fiber orientation. The semi-finished product can also be referred to as a so-called UD fabric (unidirectional fabric). A bi- or multi-directional fiber alignment or a fabric, braid and/or a similar suitable semi-finished product is also possible.
Insbesondere wird der Zuschnitt so auf den Aufnahmedorn aufgerollt, dass die Fasern des Zuschnitts wenigstens teilweise parallel über den Umfang des Aufnahmedorns laufen und insbesondere an den Enden ringartig aufeinandertreffen. Insbesondere treffen die Faserenden der einzelnen Fasern wenigstens näherungsweise und vorzugsweise berührend aufeinander. Möglich ist aber auch, dass die Fasern versetzt aufeinandertreffen. Insbesondere verlaufen die Fasern konzentrisch um eine Längsachse des Aufnahmedorns bzw. konzentrisch um eine Längsachse des Vorformlings. Die Fasern können aber auch quer oder helikal um die Längsachse des Aufnahmedorns bzw. des Vorformlings verlaufen.In particular, the blank is rolled onto the mandrel in such a way that the fibers of the blank run at least partially parallel over the circumference of the mandrel and meet one another in a ring-like manner, in particular at the ends. In particular, the fiber ends of the individual fibers meet at least approximately and preferably touching one another. However, it is also possible that the fibers meet one another in an offset manner. In particular, the fibers run concentrically around a longitudinal axis of the receiving mandrel or concentrically around a longitudinal axis of the preform. However, the fibers can also run transversely or helically around the longitudinal axis of the receiving mandrel or the preform.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.Further advantages of the present invention result from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Herstellung einer Abdichteinrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren; -
2 dieVorrichtung der 1 bei einem anderen Schritt des Verfahrens; -
3 dieVorrichtung der 1 bei einem weiteren Schritt des Verfahrens; und -
4 dieVorrichtung der 1 bei noch einem weiteren Schritt des Verfahrens.
-
1 a highly schematic representation of a device according to the invention during the production of a sealing device according to the method according to the invention; -
2 the device of1 at another step in the process; -
3 the device of1 at a further step in the process; and -
4 the device of1 in yet another step of the process.
Die
Im Folgenden wird nun der Betrieb der Vorrichtung 7 bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens mit Bezug zu den
Über eine Zuführeinrichtung 8 wird ein Halbzeug 2 bzw. Prepreg beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff auf einen Bearbeitungstisch 6 aufgebracht. Dabei kann eine Konfektionierung direkt von einer Prepreg-Rolle oder eine Konfektionierung von stückweise eingebrachten Prepregs vorgesehen sein. Das Halbzeug 2 weist hier eine unidirektionale Faserausrichtung auf (UD-Gelege). Die Zuführeinrichtung 8 ermöglicht hier eine Zuführung der Halbzeuge 2 unter dem späteren Ablagewinkel.A
Anschließend erfolgt ein Positionieren/Hervorziehen des Halbzeugs 2 mittels der Manipulatoreinrichtung 5 mit einer Saugnapfeinheit 25 und/oder einer Greifeinheit 35. Dabei wird das Halbzeug 2 an zwei oder mehr Anschlägen 26 (in z-Richtung ausfahrbar, abklappbar) ausgerichtet. Die Winkellage und der Vorschub des Halbzeugs 2 sind anhand der Zuführeinrichtung 8 und durch Wahl des Positionierungswinkels sowie die Anordnung der Anschläge 26 anpassbar. Die 0°-Faserrichtung entspricht hier der Richtung der Zuführung.The
Sodann wird das Halbzeug 2 über im Bearbeitungstisch 6 integrierte Saugstellen 16 positionssicher fixiert. Mittels einer zum Beispiel mechanisch ausgebildeten Schneideinheit 15 erfolgt dann ein Zuschneiden des Halbzeugs 2.The
In dem hier gezeigten Beispiel ist die Herstellung einer 2-lagigen Abdichteinrichtung 1 vorgesehen. Daher sind auf dem Bearbeitungstisch 6 hier zwei Halbzeuge 2 angeordnet. Das in der
Dabei werden die Halbzeuge 2 hier so zugeschnitten, dass Zuschnitte 12 mit jeweils zwei parallel zueinander verlaufenden Längsseiten 22 und jeweils zwei parallel zueinander und winkelig zu den Längsseiten 22 verlaufenden Querseiten 32 entstehen. Beispielsweise ist für den Zuschnitt 12, welcher die erste Lage bildet, eine Schnittgerade mit einem Winkel von +45° zur 0°-Faserausrichtung vorgesehen. Für den zweiten Zuschnitt 12, welcher die zweite Lage bildet, ist zum Beispiel eine Schnittgerade von -45° zur 0°-Faserausrichtung vorgesehen. So wird mit der hier vorgestellten Vorrichtung 7 ein Zuschneiden beider Halbzeuge 2 unter jeweils definierter Winkelausrichtung ermöglicht.The
Anschließend erfolgt ein automatisches Abziehen einer oberen Schutzfolie 42 des Zuschnitts 12 für die erste Lage (siehe
Zur Herstellung einer zylindrischen Abdichteinrichtung 1 ist die Manipulatoreinrichtung 5 hier mit einem um eine Drehachse 14 drehbaren Aufnahmedorn 4 bzw. Wickeldorn zum Aufwickeln der Halbzeuge 2 ausgestattet (siehe
Vor dem Aufrollen der Halbzeuge 2 wird hier ein Fertigungshilfsmittel 3 in Form eines (Kunststoff-) Folienschlauches 23 auf den Aufnahmedorn 4 aufgebracht (z. B. durch axiales Aufschieben oder durch Aufrollen). Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Schrumpfschlauch 33 vorgesehen sein.Before rolling up the
Der Aufnahmedorn 4 ist hier beispielsweise aus Stahl, Aluminium oder einem Faserverbundkunststoff gefertigt. Der Aufnahmedorn 4 weist hier mehrere und beispielsweise mehr als 25 Bohrungen auf, welche über dessen Umfang und Länge verteilt sind. Die Bohrungen stellen Ansaugöffnungen 24 bereit, welche zum Ansaugen des Fertigungshilfsmittels 3 dienen. Durch das Erzeugen eines Unterdruckgebiets zwischen Aufnahmedorn 4 und Folienschlauch 23 kann die Reibung erhöht und der Folienschlauch 23 zusammen mit dem aufgerollten Halbzeug 2 zuverlässig fixiert werden.The
Wie in der
Durch ein solches Aufrollen wird der Zuschnitt 12 hier in ein zylindrisches Rohr ohne einen erkennbaren Stoß überführt. Dabei sind die Fasern und das Matrixmaterial parallel im Stoßbereich angeordnet. Es ergibt sich eine stoßfreie und webespaltenfreie Anordnung für den aufgerollten Zuschnitt 12. Dabei erfolgt während des Aufrollens ein zonengerechtes bzw. zonenweises Regulieren des Ansaugdruckes an den Saugstellen 16 des Bearbeitungstisches 6, sodass ein optimales Aufrollen erfolgen kann.By rolling up in this way, the blank 12 is transferred into a cylindrical tube without any noticeable impact. The fibers and the matrix material are arranged parallel in the joint area. This results in a shock-free and gap-free arrangement for the rolled-up blank 12. During the rolling-up process, the suction pressure at the suction points 16 of the processing table 6 is regulated in a zone-appropriate or zone-by-zone manner, so that optimal rolling-up can take place.
Anschließend erfolgt ein Abziehen der unteren Schutzfolie 42 von dem aufgerollten Halbzeug 2, wie es in der
Anschließend wird der Aufnahmedorn 4 relativ zu dem Zuschnitt 12 für die zweite Lage ausgerichtet. Sodann erfolgt das Aufrollen des Zuschnitts 12 in der Weise, wie es zuvor für die erste Lage beschrieben wurde. Falls für die Abdichteinrichtung 1 weitere Lagen vorgesehen sind, werden diese analog aufgerollt.The receiving
Auf dem Aufnahmedorn 4 befindet sich nun ein unausgehärteter zylinderförmiger Vorformling 10. Aus dem Vorformling 10 kann nun durch gezieltes Aushärten, beispielsweise im Stator, ein Liner erzeugt werden, welcher die Abdichteinrichtung 1 bereitstellt.There is now an unhardened
Nach dem Aufrollen aller vorgesehenen Halbzeuge 2 auf den Aufnahmedorn 4 erfolgt eine Druckbeaufschlagung durch die Ansaugöffnungen 24, sodass sich Überdruckgebiete zwischen Aufnahmedorn 4 und Folienschlauch 23 ergeben. Das führt zu einer Verkleinerung der Kontaktfläche und zu einer geringeren Reibung zwischen Folienschlauch 23 und Aufnahmedorn 4. So kann eine besonders leichtgängige Bewegung in axialer Richtung erfolgen, beispielsweise um den Vorformling 10 vom Aufnahmedorn 4 abzunehmen. Die Manipulatoreinrichtung 5 kann ein Werkzeug aufweisen, um den Vorformling 10 vom Aufnahmedorn 4 bei Überdruck abzuziehen, z. B. die Greifeinheit 35 und/oder die Saugnapfeinheit 25.After all the intended
Das Abnehmen kann bevorzugt vor dem Einbringen des Vorformlings 10 in den Stator erfolgen. Möglich ist aber auch, dass der Aufnahmedorn 4 zur Positionierung des Vorformlings 10 in den Stator eingeführt wird und der Aufnahmedorn 4 erst nach der Positionierung im Stator vom Vorformling 10 getrennt wird.The removal can preferably take place before the
Die Erfindung bietet eine industrielle Herstellung eines Vorformlings 10 mit einer oder mehr Faserlagen ohne störende Fasertrennung über den gesamten Umfang. Zudem wird ein präzises Aufrollen zur spaltfreien Anlage der jeweils begrenzenden Fasern der Zuschnitte 12 ermöglicht, sodass Faserlagen ohne Spalte zwischen den Fasern möglich sind. Eine solche Spaltfreiheit ist besonders relevant für eine robuste und mechanisch hochwirksame Abdichtung durch einen Liner. Zudem ermöglicht die Erfindung ein Aufrollen in einem engen Toleranzfeld bezüglich Durchmesser und Länge. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Aufrollen der Zuschnitte 12 direkt auf das Fertigungshilfsmittel 3 und insbesondere den Folienschlauch 23 oder auch auf einen Schrumpfschlauch 33 erfolgen kann. Die Erfindung bietet zudem eine volle Automatisierung inklusive Abziehen der Schutzfolie 42.The invention offers industrial production of a
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- AbdichteinrichtungSealing device
- 22
- HalbzeugWorkpiece
- 33
- FertigungshilfsmittelManufacturing aids
- 44
- Aufnahmedornmandrel
- 55
- ManipulatoreinrichtungManipulator device
- 66
- BearbeitungstischProcessing table
- 77
- Vorrichtungcontraption
- 88th
- ZuführeinrichtungFeeding device
- 1010
- Vorformlingpreform
- 1212
- ZuschnittCutting
- 1414
- DrehachseAxis of rotation
- 1515
- Schneideinheitcutting unit
- 1616
- Saugstelle Suction point
- 2222
- LängsseiteLong side
- 2323
- FolienschlauchFoil tube
- 2424
- AnsaugöffnungenIntake openings
- 2525
- SaugnapfeinheitSuction cup unit
- 2626
- Anschlagattack
- 3232
- QuerseiteCross side
- 3333
- SchrumpfschlauchHeat shrink tubing
- 3535
- GreifeinheitGripping unit
- 4242
- SchutzfolieProtective film
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-
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