DE69500513T2

DE69500513T2 - Faserauflegevorrichtung, Pressgerät und Verfahren zum Auflegen und Kompaktieren von Faserstrangen

Info

Publication number: DE69500513T2
Application number: DE69500513T
Authority: DE
Inventors: Milo M Vaniglia
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Cincinnati Machine LLC
Priority date: 1994-05-02
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2015-04-06
Also published as: DE69500513D1; EP0680818A2; EP0680818A3; US5454897A; ES2105801T3; JP3018520U; EP0680818B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Faserauflegevorrichtungen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf segmentierte Presser- bzw. Andruckanordnungen, wie sie beim Auflegen und Kompaktieren oder Verdichten von Faserseilen auf eine Bearbeitungsfläche oder Form verwendet werden, sowie auf ein Verfahren zum Auflegen und Verdichten von Faserseilen auf ein Werkstück.
Vorrichtungen zum Auflegen von Faserseilen und Faserbändern sind im Stand der Technik bekannt und werden zunehmend zum Herstellen von Verbundkunststoffteilen verwendet, insbesondere bei Luft- und Raumfahrtanwendungen, um vergleichbare Metallteile zu ersetzen. Derartige Verbundkunststoffteile haben vorzugsweise ein hohes Festigkeits-/Gewichtsverhältnis, können in komplexen Formen hergestellt werden, wodurch es nicht mehr notwendig ist, mehrere einzelne Metallteile herzustellen, sie weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf und haben weitere erwünschte physikalische Eigenschaften, wie beispielsweise geringe elektrische und Wärmeleitfähigkeit. Unterschiedliche Faserseilauflegevorrichtungen und diesbezügliche Verbesserungen sind in der Literatur dieses Bereichs der Technik beschrieben worden, und die Unterschiede und Vorteile dieser Vorrichtungen gegenüber Fadenwicklungs- und Bandauflegemaschinen ist gut dokumentiert, siehe beispielsweise das US-Patent 4,699,683, erteilt an McCowin und US-Patent 5,022,952, erteilt an Vaniglia. Faserseilauflegevorrichtungen können getrennte Faserbündel oder -seile, die ein Faserband bilden, das auf einer Arbeitsoberfläche oder Form aufgelegt wird, einzeln zuführen und abschneiden. Dieses selektive Abschneiden und Zuführen von Seilen ermöglicht es dem Faserauflegekopf in vorteilhafter Weise, die Seile in einem gebogenen Weg auf die Werkstückoberfläche aufzulegen, wobei ein Auskrümmen, Falten oder eine Fehlausrichtung von Fasern vermieden wird. Die Faserseile, die auch unter der Bezeichnung "tow pregs" (imprägnierte Seile) bekannt sind, sind im allgemeinen ein Bündel kontinuierlicher, mit einem Harz (d.h. mit einem Polymermaterial in ausgehärtetem oder ganz oder teilweise nicht ausgehärtetem Zustand) imprägnierter Fasern.
Es sind zahlreiche Verbesserungen an Faserseilauflegevorrichtungen und Faserbandauflegevorrichtungen vorgenommen worden, und diese Verbesserungen sind in der Literatur betreffend die Technik der Verbundkunststoffe beschrieben worden, und speziell in der Patentliteratur. Eine dieser Verbesserungen betrifft die segmentierte Andruckanordnung. Die segmentierte Andruckanordnung weist im allgemeinen eine Reihe von nebeneinander und parallel angeordneten, einzeln linear bewegbaren Andruckelementen auf, die die aufzulegenden Faserseile erfassen und die Seile auf eine Arbeitsoberfläche oder Form andrücken. Die Andruckelemente, die rotierende oder nicht rotierende Elemente sein können, bewegen sich üblicherweise ober- und unterhalb einer Grundlinie. Diese Verbesserung ermöglicht es der Andruckanordnung des Faserseilauflege- und Verdichtungs- bzw. Andruckkopfs einer Faserseilauflegevorrichtung, sich leichter und schneller an Änderungen der Kontur der Arbeitsoberfläche oder Form während des Auflegevorgangs anzupassen. Solche segmentierte Andruckanordnungen sind beispielsweise in der US-A-4,292,108, US-A-4,601,775, US-A-4,867,834, US- A-4,869,774, US-A-5,015,326, US-A-5,045,147 und US-A-5,110,395 beschrieben. Die segmentierten Andruckanordnungen nach dem Stand der Technik verwenden üblicherweise eine elastisch verformbare Hülse, die sich quer über die das Faserseil erfassenden Flächen sämtlicher Andruckelemente erstreckt und diese überdeckt, um eine fortlaufende, elastische oder nachgiebige, das Faserseil erfassende Fläche zum Auflegen und Andrücken der Faserseile auf eine Arbeitsoberfläche zu bilden. Diese elastische Hülse besteht üblicherweise aus einem gummiartigen Material, wie beispielsweise einem elastomeren Polyurethan. Wenn sich die Kontur der Arbeitsoberfläche während des Auflegevorgangs verändert, verformt sich die elastische Hülse entsprechend der sich verändernden Kontur. Diese Verformung der Hülse wird durch die lineare Bewegung der einzelnen Andruckelemente, die mit der Hülse in Berührung stehen, widergespiegelt, so daß die Andruckvorrichtung den Kontakt mit der Arbeitsoberfläche bei Veränderungen in der Oberflächenkontur beibehält. Die Kombination aus segmentierter Andruckanordnung und elastischer Hülse verbessert das Auflegen und die Verdichtung von Faserseilen auf eine Arbeitsoberfläche aufgrund der verbesserten Angleichung der Form der Andruckanordnung an Veränderungen der Arbeitsoberflächenkontur und des verbesserten Kontakts der Andruckelemente mit der Arbeitsoberfläche.
Trotzdem erzeugt diese Kombination andere Probleme. Eines dieser Probleme besteht in der zusätzlichen Federkraft, die die gebräuchliche Hülse bei den Andruckelementen erzeugt, wenn sie sich gegenüber der Hülse bewegen müssen, und zwar insbesondere während der Verdichtung der Seile. Diese Kraft verändert sich nach Art einer Federkraft und steigt an, wenn sich die Andruckelemente von der Grundlinie ihrer mittleren Bewegung weiter entfernen, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn auf eine konvexe Oberfläche aufgelegt und verdichtet wird. Da die gemeinsame Hülse oder Muffe einen Widerstand auf die Andruckelemente ausübt, wenn sie sich bewegen, ist es schwierig, einen gleichmäßigen Druckgradienten über die Verdichtungslinie beizubehalten, wenn die Andruckanordnung die Faserseile über eine sich verändernde Kontur auflegt und andrückt. Die gemeinsame Hülse führt in ihrer Wirkung zu einer Verminderung der Fähigkeit der Andruckelemente, eine Verdichtungskraft auszuüben, und führt daher dazu, daß die Kraft entlang der Verdichtungslinie nicht linear mit der Position der Andruckelemente verläuft. Im Fall einer Andruckanordnung mit Verdichtungsrollen, die sich bezüglich einer Grund- bzw. Mittellinie bewegen, ist der Hülsenwiderstand unsymmetrisch um die Mittellinie und vergrößert sich, wenn sich die Position eines jeden Andruckelements von der Mittellinie in irgendeiner Richtung entfernt. Ein zweites Problem entsteht durch Dehnung oder Ausbeulen der gemeinsamen Hülse. Wenn sich die Andruckelemente bewegen, um sich an die verändernde Kontur der Arbeitsoberfläche anzupassen, bringen sie eine scherungsartige Kraft in die Hülse ein. Diese scherungsartige Kraft veranlaßt die Hülse dazu, sich auszubeulen und keine enge Passung mehr auf dem Andruckelement beizubehalten. Die Verformung oder Ausbeulung der Hülse kann den Zufuhrweg des ankommenden Faserseils beeinflussen und zur Erzeugung von fehlerhaften Überlappungen oder Lücken innerhalb des Seilbandes, zu Schwankungsbewegungen des Seils an stirnseitigen Schnitten und verschlechterter Präzision an stirnseitigen Schnitten führen, die ihrerseits zu Ungenauigkeiten oder Fehlern des Verbundkunststoffgegenstands und somit zu unzuverlässigen oder Ausschußgegenständen führen, ebenso wie zu erhöhten Kosten und geringerer Produktivität.
Eine Andruckanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Auflegen und Verdichten eines Faserbandes sind in der US-Patentschrift US-A-4,915,771 beschrieben.
Eine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine segmentierte Andruckanordnung gemäß Anspruch 1 für eine Faserseilauflegevorrichtung bereitzustellen, die einen Faserseilauflege- und Verdichtungskopf aufweist, der sich dazu eignet, sich an veränderliche Konturen über eine Auflegearbeitsfläche anzupassen, während eine im wesentlichen gleichmäßige Verdichtungskraft über die gesamte Verdichtungsfläche beibehalten wird, während die Faserseile auf einer Arbeitsoberfläche verdichtet werden, sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11 bereitzustellen, um Faserseile aufzulegen und zu verdichten. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung einer Faserseilauflegemaschine mit einer segmentierten Andruckanordnug, die zur beispielhaften Erläuterung der Erfindung ausgewählt wurde, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen sei. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Faserauflegevorrichtung mit einem Faserauflegekopf, der eine Andruckanordnung gemäß dieser Erfindung aufweist;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Faserauflegekopfs nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Ansicht längs Linie 3-3 in Fig. 2, teilweise im Querschnitt, der Andruckanordnung nach der Erfindung;
Fig. 3a eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, die die Schraubenanordnung für das Zusammensetzen der Andruckanordnung zeigt;
Fig. 3b eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs zweier benachbarter Andruckelemente, wobei ein Spalt zwischen den elastischen Bändern der Elemente dargestellt ist;
Fig. 4 eine Ansicht entlang Linie 4-4 in Fig. 3 des mittleren Andruckelements der erfindungsgemäßen Andruckanordnung;
Fig. 4a eine Schnittansicht längs Linie 4a-4a in Fig. 4, die typische vorderseitige Aussparungen zeigt, die in die Kerne der Andruckelementscheiben eingeformt sind;
Fig. 5 eine Ansicht längs Linie 5-5 in Fig. 3 eines mittleren Andruckelements der Andruckanordnung nach der Erfindung;
Fig. 6 eine Ansicht längs Linie 6-6 in Fig. 3 eines endseitigen Andruckelements der Andruckanordnung nach der Erfindung;
Fig. 7 eine Ansicht der Andruckanordnung nach Fig. 3, wobei die Andruckelemente gemäß der Kontur der Arbeitsoberfläche verlagert sind;
Fig. 8 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer alternativen Ausführungsform der Andruckanordnung nach der Erfindung;
Fig. 9 eine Ansicht längs Linie 9-9 in Fig. 8 des mittleren Andruckelements;
Fig. 10 eine Ansicht längs Linie 10-10 in Fig. 8;
Fig. 11 eine Ansicht längs 11-11 in Fig. 8.
Zunächst auf Fig. 1 Bezug nehmend ist eine perspektivische Ansicht einer Faserseilauflegevorrichtung 10 dargestellt, bei der ein Faserseilauflegekopf 12 mit einer erfindungsgemäßen, segmentierten Andruckanordnung in einer Position angebracht ist, um Faserseile 14 auf einen Wickeldorn 16 aufzubringen, der auf einem Paar Wickeldornträger 18, 20 drehbar gehalten ist, Die Bezeichnung "Seil", wie sie hierbei verwendet wird, soll sich auf einen zusammengesetzten Strang beziehen, der aus einer Anzahl fortlaufender Fasern besteht, die vorzugsweise mit einem Binder bzw. einem Matrixmaterial, beispielsweise Epoxiharz, imprägniert sind. Aufbau und Arbeitsweise der Faserseilauflegevorrichtung 10 und der Wickeldornstützen 18 und 20 bilden keinen Teil dieser Erfindung. Wegen einer Erläuterung der Faserseilauflegevorrichtung im einzelnen sollte auf die US-A-5,022,952, die der Anmelderin dieser Anmeldung erteilt ist, Bezug genommen werden.
Die Faserseilauflegevorrichtung 10 weist einen Tragsockel 22 mit im wesentlichen horizontal verlaufenden Seitenschienen 24, 26 auf, die durch quer verlaufende, einen gegenseitigen Abstand aufweisende Stützträger 28 miteinander verbunden sind.
Die Seitenschienen 24, 26 sind an den gegenüberliegenden Endabschnitten mit Stirnwänden 30, 32 verbunden, die jeweils auf relativ kurzen, senkrechten Beinen 34 stehen.
Der Tragsockel 22 führt einen Schitten 36, der ein Paar von einen gegenseitigen Abstand aufweisenden Trägern 38, 40 aufweist, die durch nicht dargestellte Stangen miteinander verbunden sind. Jeder der Träger 38 und 40 weist an gegenüberliegenden Endabschnitten Lagerblöcke 50 und 51 auf, die mit Gleitbahnen 52 und 53 verschieblich zusammenwirken, die jeweils auf den Seitenschienen 24 und 26 des Tragsockels 22 angebracht sind. Eine Bewegung des Schlittens 36 in Bezug auf den Tragsockel 22 wird durch einen Zahnstangenantrieb bewirkt. Eine lange Zahnstange 54 ist an der Unterseite der Seitenschiene 24 des Tragsockels 22 angebracht und steht in Antriebsverbindung mit einem nicht dargestellten Zahnrad, das an einem Getriebe 55 und Antrieb 56 gehalten ist, die über einen Träger 57 mit dem Schlitten 36 verbunden sind. Eine Drehung des Zahnrades durch Betätigung des Antriebs 56 und des Getriebes 55 veranlaßt den Schlitten 36 zu einer Bewegung entlang der Zahnstange 54 parallel zur Längsachse des Tragsockels 22, d.h. längs der in Fig. 1 dargestellten X-Achse.
Ein Querschitten 58 ist an gegenüberliegenden Seiten an einem Paar Lagerungen 60 schwenkbar gehalten, die jeweils auf einer senkrechten Säule 66 ruhen, von denen eine in Fig. 1 dargestellt ist. Die senkrechten Säulen 66 sind ihrerseits auf den Trägern 38 und 40 gehalten. Ein Paar Gleitführungen 67 sind an dem Querschlitten 58 angebracht, von denen eine in Fig. 1 dargestellt ist und die von vorderen Lagereinsätzen 71 gehalten sind, welche auf einem Kippschlitten mit in Querrichtung beabstandeten Tragplatten 68, 70 angebracht sind. Das hintere Ende einer jeden Gleitführung 67 wird von einem Lagereinsatz 73 getragen, der mit jeder Lagerung 60 verbunden ist. Das vordere Ende einer jeden Tragplatte 68, 70 des Kippschlittens trägt eine gebogene Zahnstange 72, von denen in Fig. 1 eine dargestellt ist. Jede gebogene Zahnstange 72 steht in Antriebsverbindung mit einem nicht dargestellten Zahnrad, das mit der Ausgangswelle eines von einem Motor 76 angetriebenen Getriebes 74 verbunden ist. Ein erstes Paar aus Getriebe 74 und Motor 76 ist an einer Seitenwand 77 gehalten, die mit einem Träger 40 verbunden ist, und ein zweites Paar aus Getriebe und Motor (nicht dargestellt) ist an einer Seitenwand 78 angebracht, die mit dem Träger 38 verbunden ist. Ansprechend auf eine Betätigung der Antriebe 76 und der Getriebe 74 treiben die Zahnräder die gebogenen Zahnstangen 72 so an, daß der Querschlitten 58 auf den Lagerungen 60 in einer im wesentlichen senkrechten Richtung verschwenkt wird, d.h. entlang einer in Fig. 1 dargestellten Y-Achse. Ein getrennter Antrieb (nicht dargestellt) ist weiterhin vorgesehen, um den Querschlitten 58 entlang einer Z-Achse zu bewegen, wobei die Gleitführungen 67 entlang bzw. in den Lagereinsätzen 71, 73 bewegbar sind. Zusätzlich steht ein an der Rückseite des Querschlittens 58 angebrachter Motor 75 in Antriebsverbindung mit einer nicht dargestellten Einrichtung, um den Faserauflegekopf 12 um die Z-Achse zu drehen.
An einem Endabschnitt des Querschlittens 58 ist ein Robotergelenk 80 der Abroll-Beuge-Abroll-Bauart gehalten, das den Faserauflegekopf 12 trägt. Das Robotergelenk 80 ist kommerziell verfügbar und wirkt so, daß es den Faserseilauflegekopf 12 entlang einer Anzahl von Achsen bewegt. Diese Bewegung, die durch das Robotergelenk 80 zur Verfügung gestellt wird, ist zusätzlich zu der Bewegung des Querschlittens 58 längs der X- Achse mit dem Schlitten 36, der Schwenk- und Kippbewegung des Querschlittens 58 längs der Y-Achse und der Quervorschubbewegung des Querschlittens 58 entlang der Z-Achse, wie oben beschrieben. Die Faserseilauflegevorrichtung 10 ist daher in der Lage, die Position des Faserseilauflegekopf 12 längs einer Anzahl von Achsen in Bezug auf den Wickeldorn 16 zu manipulieren, wobei diese Bewegungen mit der Bewegung der Wickeldornträger 18, 20 durch eine nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung koordiniert werden, wie im einzelnen in der US-A- 5,022,952 beschrieben ist.
Die Arbeitsweise der Faserseilauflegevorrichtung 10 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 weiter erläutert. Die dargestellte Ausführungsform der Faserseilauflegevorrichtung 10 in Fig. 1 ist so ausgebildet, daß sie insgesamt 16 einzelne Faserseile 14 zu einem Faserseilauflegekopf 12 zum Aufbringen auf die Oberfläche des Wickeldorns 16 zuführen kann. Die Faserseile 14 werden von einer Spulenanordnung 82 zugeführt, die auf dem Querschlitten 58 gehalten ist und die acht einzelne Spulen 84 auf einer Seite und weitere acht Spulen (nicht dargestellt) auf der gegenüberliegenden Seite aufweist, die jeweils ein einzelnes Fserseil 14 abgeben. Diese Seile 14 werden von den Spulen 84 über eine feststehende Rolle 86 und eine Umlenkrolle 88 abgezogen, die jeweils auf der Spulenanordnung 82 gehalten sind, und über eine zweite Umlenkrolle 90, die am Gehäuse 13 des Faserseilauflegekopfs 12 gehalten ist. Der Zweck der Umlenkrollen 88 und 90 besteht darin, die gleiche relative räumliche Orientierung der Faserseile 14, die zwischen dem Faserauflegekopf 12 und der Spulenanordnung 82 hindurchgehen, aufrechtzuerhalten, während der Faserseilauflegekopf 12 in Bezug auf den Wickeldorn 16 und die Spulenanordnung 82 bewegt bzw. manipuliert wird. Der Aufbau und die Arbeitsweise der Umlenkrollen 88 und 90 ist kein Bestandteil dieser Erfindung.
Acht Faserseile 14 werden von der Umlenkrolle 90 zu einer oberen Freilaufrolle 92 (Fig. 2) geführt, die drehbar auf dem Faserseilauflegekopf 12 gehalten sind, und die anderen acht Faserseile 14 werden von der Umlenkrolle 90 zu einer unteren Freilaufrolle 94 geleitet, die unterhalb der oberen Freilaufrolle 92 angebracht ist. Die feststehende Rolle 86, die Umlenkrollen 88 und 90 und die obere und untere Freilaufrolle 92 und 94 beinhalten alle eine einzelne Rolle für jedes Seil 14; die einzelnen Rollen sind nebeneinander angebracht und sind drehbar relativ zueinander, so daß jedes Seil 14 mit einer unabhängigen Geschwindigkeit von der Spulenanordnung 82 an den Faserseilauflegekopf 12 zugeführt werden kann.
Die Faserseile 14 werden von den oberen und unteren Freilaufrollen 92 und 94 durch eine Kühlanordnung, einen Schneide-, Klemm- und Neustartmechanismus und eine Führungsbahn an eine Position unterhalb der segmentierten Andruckanordnung 100 und von dort auf die Oberfläche des Wickeldorns 16 unter der segmentierten Andruckanordnung 100 geführt. Die acht Faserseile von der oberen Rolle 92 sind parallel und weisen einen seitlichen gegenseitigen Abstand auf, wobei sie die oberen Seile 14a bilden, und die acht Faserseile von der unteren Freilaufrolle 94 sind parallel und weisen einen gegenseitigen Abstand voneinander auf, wobei sie die unteren Seile 14b bilden. Die oberen und unteren Seile 14a und 14b sind gegeneinander abgestuft bzw. versetzt, so daß die oberen und unteren Seile 14a und 14b beim Verlassen der Führungsbahn nebeneinander auf die Oberfläche des Wickeldorns 16 aufgelegt werden, wobei ein im wesentlichen eine kontinuierliche Breite aufweisendes Faserband 101 gebildet wird, das durch die segmentierte Andruckanordnung 100 gegen den Wickeldorn 16 angepreßt wird. Die Kühlanordnung, der Schneide-, Klemm- und Neustartmechanismus sowie die Führungsbahn, die einen Teil des Faserseilauflegekopfs 12 bilden, stellen keinen Teil dieser Erfindung dar, und ihr Aufbau und ihre Arbeitsweise sind im einzelnen in der US-A-5,110,395 diskutiert und beschrieben.
Nunmehr auf Fig. 2 Bezug nehmend, ist der Faserseilauflegekopf 12 mit einer segmentierten Andruckanordnung 100 zum Auflegen und Verdichten des Faserseils 14 auf die Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 dargestellt. Die segmentierte Andruckanordnung 100 ist mit einer Halterung 102 für die Andruckvorrichtung und mit zwei Seitenplatten 105 (siehe Fig. 3) mit Schrauben 106a, 106b verbunden und wird durch einen daran befestigten Schieber 103 getragen, um die segmentierte Andruckanordnung 100 gegen die Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 und davon weg zu bewegen. Ein Verdichtungs-Fluidzylinder 107, vorzugsweise ein doppelt wirkender pneumatischer Zylinder, ist auf einem Arm 108, der am Gehäuse 13 befestigt ist, gehalten und hat einen Kolben 109, der durch den Arm 108 hindurch geht und mit einer auf dem Schieber 103 angebrachten Trägeranordnung 110 verbunden ist, die den Schieber 103 auf einem linearen Verschiebetisch 103a linear bewegt, um die segmentierte Andruckanordnung 100 in und außer verdichtendes Zusammenwirken mit der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 zu bringen, um das Faserseil 14 zusammenzudrücken bzw. zu verdichten. Der Zylinder 107 sorgt dafür, daß eine kontrollierte Verdichtungskraft auf das Faserseil wirkt, und legt das Niveau der Verdichtungskraft fest, die auf das auf den Wickeldorn 16 aufgelegte Faserseil einwirkt. Ein Null- Fluidzylinder 111, vorzugsweise ein Pneumatikzylinder, der auf einem Arm 108 gehalten ist, hat einen Kolben 112, der mit der Trägeranordnung 110 zusammenwirkt, um die segmentierte Andruckanordnung 100, die auf dem Schieber 103 gehalten ist, in einer Nullposition und bei eine Verdichtungskraft von Null in Zusammenwirken mit der Oberfläche 104 zu halten, wenn der Faserseilauflege- und Verdichtungsvorgang beginnt.
Die segmentierte Andruckanordnung 100 wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben, die einen teilweisen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2 zeigt. Eine Anzahl von Andruckelementscheiben mit einer mittleren Scheibe 113, einem Paar Endscheiben 114, 114a und mehreren identischen dazwischenliegenden Scheiben 115, die zwischen der mittleren Scheibe 113 und den Endscheiben 114, 114a angeordnet sind, sind an einem Gehäuse, das durch einen Trägerblock 116 gebildet wird, zwischen Seitenplatten 105 nebeneinander in einer nebeneinander- bzw. aufeinandergesetzten, parallelen Anordnung gehalten. Der Trägerblock 116 besteht aus zwei identischen Hälften 116a, 116b, die durch Schrauben 106a, 106b miteinander verbunden sind, die durch die mittlere Scheibe 113, beide Hälften 116a, 116b des Trägerblocks 116, die Seitenplatten 105 und die Halterung 102 der Andruckanordnung (siehe Fig. 3a) hindurchgehen. Die Halterung 102 der Andruckanordnung ruht ihrerseits auf dem Schieber 103 (siehe Fig. 2). Die mittlere Scheibe, die mit zwei Zapfen 117 (siehe Fig. 4) am Trägerblock 116 gehalten ist, bleibt ortsfest in Bezug auf eine lineare Bewegung längs eines Weges, der mit der Mittellinie W der aufeinandergesetzten Anordnung von Scheiben übereinstimmt. Die dazwischenliegenden Scheiben 115 und die Endscheiben 114 sind unabhängig davon auf dem Trägerblock 116 auf einem Weg linear bewegbar, der parallel zur Mittellinie W verläuft, wenn Veränderungen in der Kontur der Oberfläche des Wickeldorns 16 auftreten. Jede der Scheiben ist mit einem Kugellager 118 mit geringer Reibung versehen, das auf der Außenseite des jeweiligen Zentralstücks 119, 119a, 119b gehalten ist, um einen abrollenden Kontakt des Scheibenelements der Andruckvorrichtung mit der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 zum Auflegen und Verdichten der Faserseile auf den Wickelkern 16 zu gewährleisten. Das Kugellager 118 kann auf die Zentralstücke aufgepreßt sein. Die Zentralstücke 119 der Endscheiben 114 weisen einen Absatz 120 auf, der mit dem Kugellager 118 zusammenwirkt. Ein Band 121 ist an der Außenseite des Kugellagers 118 einer jeden Andruckelementscheibe 113, 114, 115 befestigt, die sich mit dem Lager 118 dreht und linear mit der linearen Bewegung der Andruckelementscheibe bewegt, unabhängig von der drehenden und linearen Bewegung der Bänder auf benachbarten Andruckelementscheiben. An jedem Band 121 befestigt und dessen Außenseite abdeckend ist ein Filmring 122 mit geringer Reibung, der die mit dem Faserseil zusammenwirkende Oberfläche bzw. Seite einer jeden Andruckelementscheibe 113, 114, 115 bildet und der die gleichen drehenden und linearen Bewegungen wie das Band 121 ausführt, an dem er befestigt ist, unabhängig von den drehenden und linearen Bewegungen der Filmringe 122 mit niedriger Reibung, die an benachbarten Bändern 121 auf benachbarten Andruckelementscheiben befestigt sind. Das Band 121 besteht aus einem Material, das sich deformiert und bei Nachlassen der Kraft, die eine Deformierung des Bands 121 hervorgerufen hat, seine ursprüngliche Form wieder einnimmt. Jedes geeignete, elastische Material kann für das Band 121 verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf elastische Polymere, beispielsweise elastomerisches Polyurethan. Der Filmring 122 mit niedriger Reibung besteht aus einem Material, das eine niedrige Reibung gegenüber dem Faserseil aufweist. Der Filmring 122 mit niedriger Reibung kann beispielsweise aus "Teflon" bestehen (Teflon ist eine eingetragene Marke).
In der segmentierten Andruckanordnung 100, die in Fig. 3 dargestellt ist, sind zwei fluiddruckbetriebene Fluidkammerfedern 123a, 123b vorgesehen, die sich durch die dazwischenliegenden Andruckelementscheiben 115 und die endseitigen Andruckelementscheiben 114 erstrecken. Diese Fluidkammerfedern 123a, 123b bringen einen Fluiddruck auf die bewegbaren Andruckelementscheiben (d.h. die dazwischenliegenden Andruckelementscheiben 115 und die endseitigen Andruckelementscheiben 114) während der Verdichtung der Faserseile auf den Wickeldorn 16 auf. Jede Fluidkammerfeder 123a, 123b hat eine elastische Membran 124, die eine Kammer 135 umschließt, und wird durch die mittlere Andruckelementscheibe 113, die jeweilige Seitenplatte 105, die dazwischenliegenden Andruckelementscheiben 115, die endseitigen Andruckelementscheiben 114 und den Trägerblock 116 begrenzt. Klemmplatten 126, die mit Zylinderkopfschrauben 126a gehalten sind, klemmen die Membranen 124 abdichtend gegen den Trägerblock 116. Durchgangsöffnungen 127 durch die Zylinderkopfschrauben 126a stellen eine Fluidverbindung zwischen den Durchlässen 128a, b und den jeweiligen Kammern 125 her. Die Fluiddurchlässe 128a, b sind ihrerseits mit Fluidzufuhreinlässen 129a, b verbunden. Das Fluid, das dazu verwendet wird, die Fluidkammerfedern 123a, 123b unter Druck zu setzen, ist vorzugsweise Druckluft. Die Klemmplatten 126 haben einen Rand 130 zum Erfassen und Halten der elastischen Membran 124 an Ort und Stelle gegen den Trägerblock 116. Beim Betrieb wird unter Druck stehendes Fluid (z.B. Druckluft) über die Einlässe 129a, b durch die Durchlässe 128a, b und Durchgangsöffnungen 127 in die Kammern 125 eingeleitet. Wenn die Kammer 125 unter Druck gesetzt wird, wird die Membran 124 gegen die dazwischenliegenden Scheiben 115 und die Endscheiben 114 gedrückt, um diese Scheiben in Richtung auf den Wickeldorn 16 zu bewegen und diese Andruckelementscheiben in Kontakt mit der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 zu halten. Der Druck der Druckluft wird mit einer nicht dargestellten Einrichtung eingestellt und gehalten, um einen konstanten Kontakt der Andruckelementscheiben 114, 115 mit der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 zu gewährleisten.
Die mittlere Scheibe 113, die dazwischenliegenden Scheiben 115 und die Endscheiben 114 weisen in ihrer Anordnung nebeneinander einen gegenseitigen Abstand auf, so daß sie eng genug aneinanderliegen, um eine leichte, unabhängige lineare Bewegung relativ zueinander ausführen zu können. Ein Spalt 132 besteht zwischen benachbarten Rollenlagern 118, elastischen Bändern 121 und Filmringen 122 mit niedriger Reibung, und zwar typischerweise von 0,005 Inch (0,13 mm), wie Fig. 3b zeigt, was ausreicht, um eine Drehung und lineare Bewegung der Gesamtheit von Rollenlager 118, elastischem Band 121 und Ring 122 mit niedriger Reibung während des Auflegens und Verdichtens der Faserseile 14 auf den Wickeldorn 16 zu ermöglichen.
Aufbau und Arbeitsweise der einzelnen Andruckelementscheiben der segmentierten Andruckanordnung 100 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4, 5 und 6 (Schnitt entlang Linien 4-4, 5- 5 und 6-6 in Fig. 3) weiter erläutert.
In der bevorzugten Ausführungsform wird die mittlere Andruckelementscheibe 113 (in Fig. 4 in teilweise geschnittener Seitenansicht längs Linie 4-4 in Fig. 3 dargestellt) ortsfest hinsichtlich einer linearen Bewegung längs eines mit der Mittellinie W (Fig. 3) übereinstimmenden Weges und senkrecht zu einer Grundachse 131 gehalten, was mittels Schrauben 106a, 106b und eines Paars von Zapfen 117 erfolgt, die durch das Zentralstück 119a der mittleren Scheibe 113 in beide Hälften 116a, 116b des Trägerblocks 116 gehen. Das Kugellager 118, das auf seiner Außenseite das elastische Band 121 trägt, an dem ein Filmring 122 mit niedriger Reibung befestigt ist, schafft einen abrollenden Kontakt der mittleren Andruckelementscheibe 113 mit dem Faserseil 14 während des Auflegens und Verdichtens des Seils 14 auf den Wickeldorn 16.
Fig. 4a zeigt flache, vordere Aussparungen R, die in die Seiten des Zentralstücks der Andruckelementscheiben eingeformt sind, um die gleitende Fläche zu verkleinern.
Die dazwischenliegende Andruckelementscheibe 115, die in Fig. 5 in Seitenansicht, teilweise im Schnitt längs Linie 5-5 in Fig. 3, dargestellt ist, ist auf dem Trägerblock 116 zur linearen Bewegung entlang eines Wegs parallel zur Mittellinie W (Fig. 3) und senkrecht zu einer Grundachse 131 (Fig. 3) durch eine im wesentlichen rechtwinklige Öffnung 133, die durch seitliche Führungsflächen 134a, b im Zentralstück 119b der zwischenliegenden Andruckelementscheibe 115 gebildet ist, gehalten. Die Fluidkammerfeder 123a geht durch das untere Ende der Öffnung 133 hindurch, so daß die elastische Membran 124 der Fluidkammerfeder 123a in Kontakt mit dem Zentralstück 119b der dazwischenliegenden Scheibe 115 angeordnet ist, wodurch die Fluidkammerfeder 123a, wenn sie unter Druck gesetzt wird, eine Kraft auf die dazwischenliegende Scheibe 115 in einer Richtung auf den Wickeldorn 16 ausüben kann, die die dazwischenliegende Scheibe 115 dazu veranlaßt, einen Verdichtungsdruck bzw. eine Kraft auf das Faserseil 14 auf der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 auszuüben. Am oberen Ende der Öffnung 133 ist ein Freiraum vorgesehen, um die lineare Bewegung der dazwischenliegenden Scheibe 115 bei Veränderungen in der Kontur der Oberfläche 104 während des Auflegens und Verdichtens des Faserseils 14 zu ermöglichen. Während des Auflegens und Verdichtens des Faserseils 14 tritt ein abrollender Kontakt der dazwischenliegenden Andruckelementscheibe 115 mit dem Faserseil 14 durch das Kugellager 118 auf, das auf seiner Außenseite das elastische Band 121 und auf dem elastischen Band 121 den Filmring 122 mit niedriger Reibung aufweist, der mit dem Faserseil 14 zusammenwirkt.
Die endseitige Andruckelementscheibe 114, die in Fig. 6 in Seitenansicht, teilweise im Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 3, dargestellt ist, ist auf dem Trägerblock 116 zur linearen Bewegung entlang eines Wegs parallel zur Mittellinie W (Fig. 3) und senkrecht zur Grundachse 131 (Fig. 3) durch eine im wesentlichen rechtwinklige Öffnung 135 gehalten, die durch seitliche Führungsflächen 136a, b im Zentralstück 119 der endseitigen Andruckelementscheibe 114 gebildet wird. Die Fluidkammerfeder 123a geht durch den unteren Endabschnitt der Öffnung 135 hindurch, so daß die elastische Membran 124 der Fluidkammerfeder 123a in Kontakt mit dem Zentralstück 119 der endseitigen Andruckelementscheibe 114 gebracht wird, wodurch die Fluidkammerfeder 123a, wenn sie unter Druck gesetzt wird, eine Kraft auf die Endscheibe 114 in einer Richtung zum Wikkeldorn 16 hin ausüben kann, wodurch die endseitige Andruckelementscheibe 114 dazu veranlaßt wird, eine Verdichtungskraft auf das Faserseil 14 auf der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 auszuüben. Am oberen Endabschnitt der Öffnung 135 ist ein Freiraum vorhanden, um eine lineare Bewegung der Endscheibe 114 ansprechend auf Veränderungen in der Kontur der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 zu ermöglichen. Das Kugellager 118 auf der Außenseite des Zentralstücks 119, das gegen den Flansch 120 des Zentralstücks 119 anliegt, und das Band 121 sowie der darauf gehaltene Filmring 122 mit niedriger Reibung sorgen für einen abrollenden Kontakt zwischen der endseitigen Andruckelementscheibe 114 und dem Faserseil 114 während des Auflegens und Verdichtens des Faserseils 14.
Eine Veränderung in der Anordnung der segmentierten Andruckanordnung 100 hinsichtlich der Position der Andruckelementscheiben ansprechend auf eine Veränderung in der Kontur der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 von einer ebenen, in Fig. 3 dargestellten Kontur zu einer durchgebogenen oder talartigen Kontur ist in Fig. 7 dargestellt. Die mittlere Andruckelementscheibe 113 ist ortsfest hinsichtlich einer linearen Bewegung längs eines Wegs, der mit der Mittellinie W übereinstimmt und senkrecht zur Grundachse 131 ist, und daher erfordert jegliche Einstellung der räumlichen Position der mittleren Scheibe 113 bei einer Veränderung in der Kontur der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16, daß sich die gesamte segmentierte Andruckanordnung 100 entsprechend bewegt. Eine derartige Bewegung wurde bereits im Zusammenhang mit Fig. 2 bezüglich der Bewegung der segmentierten Andruckanordnung 100 diskutiert. In einer Situation, in der sich die mittlere Andruckelementscheibe 113 in eine talartige Kontur der Oberfläche 104 beim Auflegen und Verdichten des Faserseils 14 bewegen würde, würden sich die linear beweglichen, dazwischenliegenden Andruckelementscheiben 115 und die endseitigen Andruckelementscheiben ansprechend auf diese Veränderung der Kontur so bewegen, daß sie den Kontakt mit und eine konstante Andruckkraft gegen die Wände des talartigen Verlaufs beibehalten würden, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Um sich an die Veränderung der Kontur der Oberfläche 104 so anzupassen, daß dieser Kontakt mit und die Andruckkraft gegen die Wände des talartigen Verlaufs beibehalten wird, verformt sich die elastische Membran 124 der Fluidkammerfedern 123a, 123b mit der Bewegung der Scheiben in einer Richtung und in einem Ausmaß, das mit der linearen Bewegung der bewegbaren Andruckelementscheiben konsistent ist. Das unter Druck stehende Fluid in der Kammer 125 der Fluidkammerfedern 123a, 123b drückt gegen die elastische Membran 124, die ihrerseits gegen die dazwischenliegenden Scheiben 115 und die endseitigen Scheiben 114 drückt und diese Scheiben in Kontakt mit den Wänden des talartigen Verlaufs unter einer konstanten Andruckkraft hält.
Wie vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 2 erläutert, wird eine Verdichtungs- oder Kompaktierungskraft bzw. ein Druck durch die mittlere Andruckelementscheibe 113 auf das Faserseil 14 auf dem Wickeldorn 16 durch den Fluidzylinder 107 ausgeübt, der die segmentierte Andruckanordnung 100 in Zusammenwirken mit der Oberfläche 104 des Wickeldorns 16 drückt. Um die durch die mittlere Scheibe 113 ausgeübte Kompaktierungskraft beizubehalten, wird der Druck des Fluids in der Kammer 125 der Fluidkammerfedern 123a, 123b auf einen Wert eingestellt, der ein Abheben der mittleren Scheibe 113 vom Kontakt mit der Oberfläche 104 und/oder eine Verminderung der Kompaktierungskraft, die durch die mittlere Scheibe 113 ausgeübt wird, verhindert. Weiterhin wird der Fluiddruck in der Kammer 125 der Fluidkammerfedern 123a und 123b auf einem solchen Wert gehalten, daß die dazwischenliegenden Scheiben 115 und die endseitigen Scheiben 114 eine ebenso große Verdichtungskraft ausüben wie die Verdichtungskraft, die durch die mittlere Scheibe 113 ausgeübt wird. Dies kann durch eine Einrichtung geschehen, die unter Druck stehendes Fluid aus der Kammer 125 abläßt oder unter Druck stehendes Fluid in die Kammer 125 einleitet. Derartige Einrichtungen zum Einstellen des Drucks des Fluids in der Kammer 125 sind im Stand der Technik bekannt.
Nach einer Ausführungsform dieser Erfindung bewegt sich jedes elastische Band 121 und der zugehörige Filmring 122 mit niedriger Reibung auf einer jeden linear bewegbaren Scheibe (d.h. den dazwischenliegenden Andruckelementscheiben 115 und den endseitigen Andruckelementscheiben 114) unabhängig von benachbarten elastischen Bändern 121 und zugehörigen Filmringen 122 mit niedriger Reibung auf benachbarten, linear bewegbaren Scheiben. Somit sind die elastischen Bänder 121 und die zugehörigen Filmringe 122 mit niedriger Reibung untereinander, d.h. zwischen benachbarten Scheiben, nicht verbunden. Dies ist mit der Anordnung des oberen Endabschnitts der Scheiben 113, 114, 115 der segmentierten Andruckanordnung 100 in Fig. 7 gezeigt. Die unabhängige Bewegung der elastischen Bänder 121 vermeidet den Feder- bzw. Gummibandeffekt, der durch eine in einer bekannten Technik vorhandene, fortlaufende elastische Hülse bzw. Abdeckung hervorgerufen wird, die benachbarte, linear bewegbare Andruckscheiben einer segmentierten Andruckanordnung überspannt. Somit wird gemäß dieser Erfindung erreicht, daß eine gleichmäßige Verdichtungskraft auf das Faserseil entlang der Verdichtungslinie des Kontakts zwischen der segmentierten Andruckanordnung 100 und den Faserseilen auf der Oberfläche 104 des Verdichtungsdorns 16 ausgeübt wird.
Eine alternative Ausführungsform einer segmentierten Andruckanordnung nach dieser Erfindung ist in Fig. 8 dargestellt, wobei weniger Andruckelementscheiben als in der segmentierten Andruckanordnung 100 nach Fig. 3 vorhanden sind. In dieser alternativen Ausführungsform sind die Filmringe 122 mit niedriger Reibung nach Fig. 3 nicht vorhanden. Der Filmring 122 mit niedriger Reibung, der mit dem Faserseil 14 während des Auflegens und Verdichtens des Faserseils zusammenwirkt, ist so ausgewählt, daß er ein Kleben und/oder eine hohe Reibung zwischen der mit dem Faserseil zusammenwirkenden Oberfläche der Andruckelementscheibe und dem Faserseil während des Auflegens und Verdichtens des Seils vermeidet. Eine derartige Vermeidung des Klebens und/oder einer hohen Reibung vermindert oder verhindert eine Beschädigung des Faserseils sowie eine schlechte Führung und Fehlausrichtung des Seils auf der Oberfläche eines Wickeldorns oder einer anderen Arbeitsoberfläche. Eine ähnliche Vermeidung von Kleben und/oder hoher Reibung zwischen der mit dem Faserseil zusammenwirkenden Fläche eines Andruckelements (d.h. der Andruckelementscheibe) einer segmentierten Andruckanordnung 138 kann dadurch erreicht werden, daß das elastische Band 142 aus einem Material hergestellt wird, das eine niedrige Reibung und Antihaft- bzw. Antiklebeeigenschaften gegenüber dem Faserseil aufweist. In Fig. 8 weist die segmentierte Andruckanordnung 138 eine mittlere Andruckelementscheibe 139 mit dazwischenliegenden und endseitigen Andruckelementscheiben 140, 141 auf jeder Seite auf. Jede der Andruckelementscheiben 139, 140, 141 trägt auf ihrer Außenseite ein elastisches Band 142 aus einem nachgiebigen, eine niedrige Reibung aufweisenden Material, das die mit dem Faserseil zusammenwirkende Fläche der Scheibe zum Auflegen und Kompaktieren des Seils bildet. Die mittlere Andruckelementscheibe 139 kann sich bezüglich ihrer mittleren Grundachse 143 nicht in radialer Richtung linear bewegen, wohingegen die dazwischenliegenden und endseitigen Andruckelementscheiben 140, 141 frei sind, sich in einer unabhängigen, linearen Bewegung senkrecht bezüglich der zentralen Grundachse 143 zu bewegen, wenn sich die Kontur der Oberfläche eines Wickeldorns oder einer anderen Werkstückoberfläche während des Auflegens und Verdichtens des Faserseils ändert.
Ein Kugellager 144 ist auf der Außenseite des Zentralstücks 145 einer jeden bewegbaren Andruckelementscheibe 140, 141 und des Zentralstücks 145a der mittleren Scheibe 139 angeordnet, um ein abrollendes Zusammenwirken einer jeden Scheibe mit den Faserseilen während des Auflegens und Kompaktierens der Seile zu ermöglichen. Die segmentierte Andruckanordnung 138 weist eine Fluidkammerfeder 146 auf, die sich durch alle Andruckelementscheiben 139, 140, 141 hindurch erstreckt, mit einer flexiblen Membran 147, die eine Kammer 148 bildet und mit jeder der Scheiben der segmentierten Andruckanordnung 138 zusammenwirkt. Die Membran 147 erstreckt sich durch eine kleine, eine enge Passung bildende Öffnung 139a in der mittleren Scheibe 139, damit sie alle Scheiben überdeckt. Unter Druck stehendes Fluid (z.B. Druckluft) wird an den Einlaß 149 geleitet und strömt durch den Durchlaß 150 im Block 151; das Fluid tritt dann in die Kammer 148 durch die Durchlaßöffnungen 152 ein, die sich durch Senkkopfschrauben 153 hindurch erstrecken, welche dazu dienen, eine Klemmplatte 154 für die Membran am Block 151 zu halten. Die Platte 154 hat einen Rand 155, der mit der flexiblen Membran 147 zusammenwirkt und diese gegen den Block 151 angedrückt hält, um die Membran 147 an Ort und Stelle zu halten. Der Block 151 hat zwei Hälften 151a und 151b, die durch Schrauben 156 und einen Zapfen 157 (siehe Fig. 9), der die mittlere Scheibe 139 erfaßt und sie ortsfest bezüglich einer linearen Bewegung senkrecht zur mittleren Grundachse 143 hält, zusammengehalten werden. Die Hälften 151a, b werden in das Zentralstück 145a der mittleren Scheibe 139 eingeführt. Die Hälften 151a sind ebenfalls mit den Seitenplatten 155 und mit dem Montagearmen 159a, b durch Zapfen 157 verbunden. Der Block 151, wobei auch auf Fig. 10 und 11 Bezug genommen sei, geht durch eine Öffnung 160 hindurch, die durch die bewegbaren Andruckelementscheiben 140, 141 geht, um die Scheiben 140 und 141 zu tragen und für eine unabhängige, lineare Bewegung senkrecht zu der mittleren Grundachse 143 zu führen. Unter Druck stehendes Fluid (z.B. Druckluft), das in die Kammer 148 eintritt, setzt die Fluidkammerfeder 146 unter Druck, was die flexible Membran 147 dazu veranlaßt, eine Kraft (z.B. eine Kompaktierungskraft) auf die bewegbaren Andruckelementscheiben 140, 141 auszuüben, die ihrerseits dann die Kompaktierungskraft auf die Faserseile auf der Oberfläche eines Wickeldorns oder einer sonstigen Arbeitsoberfläche (beispielsweise einer Form) ausüben. Wie im Fall der Ausführung nach Fig. 3 sind die elastischen Bänder 142 auf benachbarten Andruckelementscheiben durch einen schmalen Spalt voneinander getrennt, der eine unabhängige, lineare Bewegung der elastischen Bänder 142 auf benachbarten Scheiben zusammen mit den ihnen zugeordneten Andruckelementscheiben ermöglicht.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend in Bezug auf eine segmentierte Andruckanordnung beschrieben, die ein mittleres Andruckelement aufweist, welches im Hinblick auf eine lineare Bewegung entlang eines Wegs parallel zu oder zusammenfallend mit einer gedachten Linie durch den Mittelpunkt des Andruckelements, die durch die Kontaktzone zwischen dem Andruckelement und der Arbeitsoberfläche (z.B. einer Formoberfläche oder der Oberfläche eines Wickeldorns) hindurch geht, ortsfest ist. Man erkennt, daß die Erfindung mit einer segmentierten Andruckanordnung ausgeführt werden kann und diese beinhaltet, bei der alle Andruckelemente frei sind, sich unabhängig voneinander linear entlang eines Weges zu bewegen, der parallel zu einer gedachten Linie ist oder mit dieser zusammenfällt, die durch den Mittelpunkt des Andruckelements und durch die Kontaktzone zwischen dem Andruckelement und der Arbeitsoberfläche verläuft. Daher kann die segmentierte Andruckanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Andruckelementen enthalten, wobei lediglich eines der Andruckelemente unabhängig und linear bewegbar ist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Vorzugsweise umfaßt die segmentierte Andruckanordnung gemäß dieser Erfindung eine Vielzahl von Andruckelementen, die unabhängig und linear bewegbar sind, wie vorstehend beschrieben.
Die drehende Bewegung der Andruckelemente gemäß dieser Erfindung kann durch unterschiedliche Mittel erreicht werden, die in der Technik bekannt sind. Ein solches Mittel, nämlich ein reibungsarmes Kugellager, ist in dieser Beschreibung angegeben. In den hierin beschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung, in denen ein reibungsarmes Kugellager verwendet wird, um dem Andruckelement (z.B. einer Andruckelementscheibe) eine drehende Bewegung zu ermöglichen, kann das Lager durch Preßsitz auf dem Andruckelement befestigt sein. Unterschiedliche andere Verfahren, die in der Technik bekannt sind, können verwendet werden, um ein Mittel zum Erzeugen einer drehenden Bewegung an dem Andruckelement zu befestigen.
Bei der Anwendung dieser Erfindung kann das elastische Band bzw. die elastische Materialschicht durch Kleben am Andruckelement befestigt werden oder kann durch andere Verfahren, die in der Technik bekannt sind, am Andruckelement befestigt sein, welche die Verformung und die Rückbildung der Verformung des elastischen Bandes während des Auflegens und Kompaktierens der Faserseile ermöglichen. Der Film mit geringer Reibung kann durch Kleben oder mit anderen Mitteln an dem elastischen Band gehalten sein.
Andruckelemente der segmentierten Andruckanordnung gemäß dieser Erfindung können aus geeigneten starren Materialien, die in der Technik bekannt sind, hergestellt sein, wobei als nicht beschränkende Beispiele starre Kunststoffe und Metalle wie Stahl und Aluminium genannt seien. Die Bezeichnungen "Andruckelement" und "Andrucksegment" werden in dieser Beschreibung austauschbar verwendet und sollen die gleiche Bedeutung im Hinblick auf die vorliegende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche haben.

Claims

1. Andruckanordnung (100) für eine Faserauflege- und Kompaktierungsvorrichtung zum Herstellen eines Faserverbundgegenstands, mit einer Anzahl von unabhängig und linear bewegbaren, einzelnen Andruckelementen (113, 114, 115) in einer aufeinandergeschichteten, nebeneinanderliegenden, parallelen Anordnung, die in einem Gehäuse (105, 116) gehalten ist, wobei jedes Andruckelement einen Außenabschnitt (119) aufweist, der sich von dem Gehäuse in Richtung auf eine Werkstückoberfläche (104) erstreckt und zur Bewegung entlang einer Achse gehalten ist, die sich durch den Mittelpunkt des Andruckelements erstreckt und die Kontaktzone zwischen dem Andruckelement und der Werkstückoberfläche schneidet, wobei auf jedem Außenabschnitt eine elastische Materialschicht (121) angebracht ist, die unabhängig von benachbarten elastischen Materialschichten auf benachbarten Andruckelementen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der genannten Andruckelemente ein Mittel (118) aufweist, um eine drehende Bewegung des Elements zuzulassen.

2. Andruckanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenabschnitt des Andruckelements, auf den sich die Schicht (121) aus elastischem Material befindet, dessen äußerer Umfang ist.

3. Andruckanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Andruckelement (113) ortsfest in Bezug auf benachbarte, linear bewegbare Andruckelemente (115) hinsichtlich einer Bewegung entlang einer Achse ist, die sich durch den Mittelpunkt des Andruckelements erstreckt und die Kontaktzone zwischen dem Andruckelement und der Oberfläche (104) des Werkstücks schneidet.

4. Andruckanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Materialschicht (121) ein elastomerisches Polyurethan ist.

5. Andruckanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Materialschicht auf ihrer Außenseite mit einem Material (122) mit niedriger Reibung versehen ist.

6. Andruckanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Andruckelementen ein Spalt (132) vorhanden ist.

7. Andruckelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt in der Größenordnung von 0,13 mm liegt.

8. Andruckanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter gekennzeichnet durch eine Fluidkammerfeder (123, 124, 125).

9. Faserauflege- und Kompaktierungsvorrichtung (10) mit einem Maschinensockel (22, 70), einem Arm (58) auf dem Sockel, einem von dem Arm gehaltenen Robotergelenk (80) und einer auf dem Gelenk (80) gehaltenen Andruckanordnung zur Bewegung damit um mehrere Achsen, wobei die Andruckanordnung einem der Ansprüche 1 bis 8 entspricht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Spulenanordnung (82) für Faserseile, die auf dem Arm (58) gehalten ist.

11. Verfahren zum Auflegen und Kompaktieren von Faserseilen auf eine Werkstückoberfläche zum Herstellen eines Faserverbundgegenstands mit den Schritten:

a) Bereitstellen einer segmentierten Andruckanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8;

b) Zuführen von Faserseilen (14) zu den Andruckelementen der genannten Andruckanordnung; und

c) Auflegen und Kompaktieren der Faserseile auf eine Werkstückoberfläche (104) durch die Andruckelemente der genannten Andruckanordnung, während gleichzeitig ein Eindringen von Fasern zwischen den Andruckelementen der Andruckanordnung im wesentlichen ausgeschlossen wird.