WO2015059090A1 - Moulding tool with active mount - Google Patents

Abstract

The invention relates to a moulding tool (2) for producing laid scrim used for producing a composite fibre component, in which sensors (8) detect spurious movements of the moulding surface (5) of the moulding tool and said spurious movements are counteracted by means of actuators (9), such that the stiffness and flexibility of the moulding tool are actively influenced.

Description

Formwerkzeug mit aktiver Lagerung  Mold with active storage

Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug, eine Fertigungsanlage sowie ein Ver- fahren zur Herstellung eines Fasergeleges für die Herstellung eines Faserverbundbauteils, wobei Fasern zur Herstellung des Fasergeleges auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges abgelegt werden, und wobei eine Werkzeuglagerungsvorrichtung zur Lagerung der formgebenden Werkzeugoberfläche an oder auf einem Formträgersystem ausgebildet ist. The invention relates to a molding tool, a production plant and a method for producing a fiber fabric for the production of a fiber composite component, wherein fibers are deposited for producing the fiber fabric on a forming tool surface of the mold, and wherein a tool mounting device for supporting the forming tool surface on or on a mold carrier system is formed.

Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, sogenannte Faserverbundbauteile, sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich findet die Verwendung derartiger Werkstoffe immer mehr Zuspruch. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit des minimalen Gewichts aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Durch die aus der Faserorientierung resultierende anisotrope Eigenschaft der Faserverbundwerkstoffe können Bauteile exakt an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus. Components made of a fiber composite material, so-called fiber composite components, have become indispensable in the aerospace industry today. But also in the automotive sector, the use of such materials is becoming more and more popular. In particular, critical structural elements are made of fiber reinforced plastics due to the high weight specific strength and stiffness of the minimum weight. Due to the anisotropic properties of the fiber composites resulting from the fiber orientation, components can be adapted exactly to local loads and thus enable optimal material utilization in terms of lightweight construction.

Die Fertigung von Großbauteilen in der Fiber Placement Technologie bzw. der Tapelaying Technologie umfasst die Ablage von Fasern bzw. Faserkunststoff- verbunden auf einem Formwerkzeug, das eine formgebende Werkzeugoberfläche aufweist, welche meist der späteren Bauteilform entspricht. Das abzulegen- de Fasermaterial kann hierbei beispielsweise als Tows (zumeist " oder 14" Breite) oder als Tapes (zumeist 150 mm oder 300 mm Breite) auf einer Spule aufgewickelt und anschließend in mehreren Bahnen nebeneinander abgelegt werden. In der Gesamtheit ergibt sich dann das herzustellende Fasergelege, das bisweilen aus mehreren Laminatschichten (Ply) mit unterschiedlichen geometri- sehen Formen bestehen kann. The production of large components in the fiber placement technology or the Tapelaying technology includes the storage of fibers or fiber plastic connected to a mold, which has a forming tool surface, which usually corresponds to the later component form. The fibrous material to be deposited can be used, for example, as tows (usually "or 14"). Width) or as tapes (usually 150 mm or 300 mm wide) wound on a spool and then stored in several tracks next to each other. As a whole, the resulting fiber fabric is obtained, which can sometimes consist of several laminate layers (Ply) with different geometrical shapes.

Aus der DE 10 2010 015 027 B4 ist beispielsweise eine Faserlegevorrichtung zur Herstellung eines Fasergeleges bekannt, bei dem die Fasern mit Hilfe von auf einem Schienensystem geführten Robotern auf einem das Schienensystem umschließenden Formwerkzeug abgelegt werden. Gegenüber herkömmlichen Portalanlagen besteht hierbei der Vorteil darin, dass in gleicher Zeit wesentlich mehr Fasermaterial auf dem Formwerkzeug abgelegt werden kann, so dass sich die Fertigungszeiten insbesondere bei Großbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen deutlich reduzieren lassen. From DE 10 2010 015 027 B4, for example, a fiber-laying device for producing a fiber fabric is known, in which the fibers are deposited on a rail system enclosing the mold with the aid of robots guided on a rail system. Compared to conventional gantry systems, the advantage here is that significantly more fiber material can be deposited on the mold in the same time, so that the production times can be significantly reduced, especially in the case of large components made of fiber composites.

Das dabei verwendete Formwerkzeug ist ein passives System, d.h. die Konstruktion bedingt die Steifigkeit und Nachgiebigkeit des Formwerkzeuges. Die Kraft, die lokal auf das Formwerkzeug wirkt, wird hauptsächlich durch das Andrücken des Fasermaterials verursacht. Dies hat jedoch den Nachteil, dass durch einen schnellen Ablegeprozess Schwingungen und unter Umständen Verformungen am Formwerkzeug ausgelöst werden, die den weiteren Fertigungsprozess negativ beeinträchtigen. Insbesondere in der Serienproduktion von strukturkritischen Bauteilen können Abweichungen bei der Legeposition zu einem Ausschuss des Bauteils führen, da Abweichungen in der Geometrie der abgelegten Bahnen zu Fehlstellen innerhalb des Bauteils führen. The molding tool used is a passive system, i. the construction requires the rigidity and compliance of the mold. The force that acts locally on the mold is mainly caused by the pressing of the fiber material. However, this has the disadvantage that vibrations and possibly deformations on the mold are triggered by a rapid deposition process, which adversely affect the further manufacturing process. Deviations in the laying position, in particular in the mass production of structurally critical components, can lead to a scrap of the component, since deviations in the geometry of the deposited webs lead to defects within the component.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Formwerkzeug, eine Fertigungsanlage sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Fasergeleges anzugeben, mit dem die Gefahr von Abweichungen in der Geometrie der abgelegten Fasern insbesondere bei schnellen Ablegeprozessen vermieden werden können. Die Aufgabe wird mit einem Formwerkzeug gemäß Anspruch 1 , einer Fertigungsanlage gemäß Anspruch 7 sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 9 erfindungsgemäß gelöst. It is therefore an object of the present invention to provide a mold, a manufacturing plant and a method for producing a fiber fabric, with which the risk of deviations in the geometry of the deposited fibers can be avoided, especially in fast deposition processes. The object is achieved with a mold according to claim 1, a manufacturing plant according to claim 7 and a method according to claim 9 according to the invention.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Formwerkzeug vorgeschlagen, das eine formgebende Werkzeugoberfläche aufweist, die zur Aufnahme der abzulegenden Fasern zur Herstellung des Fasergeleges vorgesehen ist. Bei der Fiber Placement bzw. Tapelaying Technologie können dies beispielsweise Tows oder Tapes sein, die als trockene oder vorimprägnierte (Prepregs) Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche abgelegt werden. Die formgebende Werkzeugoberfläche entspricht aber in der Regel der Form des später herzustellenden Faserverbundbauteils. Darüber hinaus ist die formgebende Werkzeugoberfläche mittels einer Werkzeuglagerungsvorrichtung an oder auf einem Formträgersystem angeordnet, so dass das gesamte Formwerkzeug durch die Werkzeuglagerungsvorrichtung getragen wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Werkzeuglagerungsvorrichtung nicht passiv ausgebildet ist, sowie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist, sondern aktive Komponenten aufweist, mit denen Bewegungen wie beispielsweise Schwingungen, Vibrationen oder Deformationen aber auch auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kräfte entgegengewirkt und ggf. ausge- glichen werden können. Hierzu ist ein Sensorsystem vorgesehen, das mindestens einen Sensor aufweist, der zur Detektion von parasitären Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche gegenüber dem Formträgersystem und/oder zur Detektion von auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kräfte ausgebildet ist. Derartige parasitäre Bewegungen können beispielsweise Schwingungen der formgebenden Werkzeugoberfläche sein, die durch den An- druck während des Ablegeprozesses begünstigt durch die Nachgiebigkeit des Gesamtsystems entstehen können. Mit Hilfe des Sensorsystems können derartige parasitäre Bewegungen und/oder auf die Werkzeugoberfläche wirkende Kräfte ermittelt werden. According to claim 1, a mold is proposed, which has a shaping tool surface, which is provided for receiving the fibers to be deposited for the production of the fiber fabric. In the case of fiber placement or tapelaying technology, these can be, for example, toows or tapes, which are deposited as dry or prepreg fibers on the shaping tool surface. However, the shaping tool surface generally corresponds to the shape of the later to be produced fiber composite component. In addition, the forming tool surface is arranged by means of a tool mounting device on or on a mold carrier system, so that the entire mold is supported by the tool mounting device. According to the invention, it is now provided that the tool mounting device is not formed passively, and this is known from the prior art, but has active components with which movements such as vibrations, vibrations or deformations but also counteracts forces acting on the forming tool surface and possibly can be compensated. For this purpose, a sensor system is provided which has at least one sensor which is designed to detect parasitic movements of the shaping tool surface relative to the mold carrier system and / or to detect forces acting on the shaping tool surface. Such parasitic movements can be, for example, vibrations of the shaping tool surface, which are caused by the pressure during the deposition process favored by the resilience of the overall system can arise. By means of the sensor system, such parasitic movements and / or forces acting on the tool surface can be determined.

Die Werkzeuglagerungsvorrichtung weist nun ein Aktorsystem mit mindestens einem Aktor auf, der als aktive Komponente zum Erzeugen einer Bewegung der formgebenden Werkzeugoberfläche und/oder zum Erzeugen einer durch die formgebende Werkzeugoberfläche wirkende Kraft ausgebildet ist. Solche Akto- ren sind beispielsweise Stellglieder, welche die formgebende Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges in Bewegung versetzen können. Wirkt auf die formgebende Werkzeugoberfläche eine Kraft, so ist es mittels der Stellglieder ebenfalls denkbar, dass durch die formgebende Werkzeugoberfläche eine Kraft bewirkt wird, die beispielsweise entgegengesetzt der auf die formgebende Werkzeug- Oberfläche wirkenden Kraft steht. The tool mounting device now has an actuator system with at least one actuator, which is designed as an active component for generating a movement of the shaping tool surface and / or for generating a force acting through the shaping tool surface force. Such actuators are, for example, actuators which can set the shaping tool surface of the molding tool in motion. If a force acts on the shaping tool surface, it is likewise conceivable by means of the actuators that a force is produced by the shaping tool surface which, for example, is opposite to the force acting on the shaping tool surface.

Schließlich ist erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung vorgesehen, die sowohl mit dem Sensorsystem als auch mit dem Aktorsystem signaltechnisch verbunden ist und so eingerichtet ist, dass sie in Abhängigkeit von den detektierten parasi- tären Bewegungen und/oder Kräften entsprechende Steuersignale zur Ansteue- rung des mindestens einen Aktors des Aktorsystems generiert. Mit anderen Worten, je nach detektierten parasitären Bewegungen und/oder detektierten auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kräfte werden entsprechende Steuersignale generiert, um den oder die Aktoren des Aktorsystems anzusteu- ern, so dass die formgebende Werkzeugoberfläche aufgrund der generierten Steuersignale eine entsprechende Bewegung ausführt und/oder eine entsprechende Kraft durch die formgebende Werkzeugoberfläche erzeugt. Finally, according to the invention, a control device is provided, which is signal-technologically connected both to the sensor system and to the actuator system and is set up in such a way that, depending on the detected parasitic movements and / or forces, corresponding control signals for controlling the at least one actuator generated by the actuator system. In other words, depending on the detected parasitic movements and / or detected forces acting on the shaping tool surface, corresponding control signals are generated to control the actuator or actuators of the actuator system, so that the shaping tool surface executes a corresponding movement on the basis of the generated control signals and / / or generates a corresponding force by the forming tool surface.

Hierdurch wird es möglich, dass je nach detektierten parasitären Bewegungen und/oder Kräften entsprechende Steuersignale generiert werden, so dass die formgebende Werkzeugoberfläche eine Bewegung erzeugt und/oder eine Kraft, um so den parasitären Bewegungen und/oder Kräften entgegenzuwirken und diese ggf. auszugleichen. Hierdurch können Schwingungen oder Vibrationen der formgebenden Werkzeugoberfläche reduziert oder ganz vermieden werden, oh- ne dass das Gesamtsystem durch mehr Masse in seiner Steifigkeit und Nachgiebigkeit überdimensioniert ausgelegt werden muss. Vielmehr haben die Erfinder erkannt, dass mittels eines derartig aktiven Lagerungssystems für Formwerkzeuge der Ablegeprozess wesentlich genauer durchgeführt werden kann, da parasitäre Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche nunmehr nicht mehr zu einer Veränderung der Geometrie des abzulegenden Fasergeleges führt. Das Formwerkzeug kann folglich aufgrund der aktiven Komponenten der Werkzeuglagerungsvorrichtung seine Steifigkeit aktiv beeinflussen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn mehrere Aktoren verteilt vorgesehen sind, so dass sich ein globales, selbstregulierendes Formwerkzeug ergibt, was sich selbstregulierend auf die vorherrschenden Prozesskräfte versteifen kann. Denkbar ist allerdings auch, dass nur entsprechend lokal auf die auftretenden Prozesskräfte reagiert wird . Mit einem derartigen aktiven Formwerkzeug lassen sich darüber hinaus sehr leichte formgebende Werkzeugoberflächen erstellen, da die Steifigkeit und Nachgiebigkeit der formgebenden Werkzeugoberfläche durch die aktive Lagerung bedingt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei Großbauteilen, da hier erheblich Material bei der Herstellung des Formwerkzeuges eingespart werden kann. This makes it possible that, depending on the detected parasitic movements and / or forces corresponding control signals are generated, so that the forming tool surface generates a movement and / or a force so as to counteract the parasitic movements and / or forces and compensate them if necessary. As a result, vibrations or vibrations of the shaping tool surface can be reduced or avoided altogether, without the overall system having to be designed to be over-dimensioned in its rigidity and compliance by means of more mass. Rather, the inventors have realized that by means of such an active storage system for molds the deposition process can be performed much more accurate because parasitic movements of the forming tool surface now no longer leads to a change in the geometry of the deposited fiber fabric. Consequently, the mold can actively influence its stiffness due to the active components of the tool-mounting device, and it is particularly advantageous if several actuators are provided in a distributed fashion, resulting in a global, self-regulating mold, which can stiffen self-regulating to the prevailing process forces. However, it is also conceivable that only locally corresponding to the occurring process forces will respond. With such an active mold, moreover, very light shaping tool surfaces can be created, since the rigidity and compliance of the shaping tool surface is due to the active storage. This is particularly advantageous for large components, since material can be saved considerably in the production of the molding tool here.

Mit„zum Erzeugen einer durch die formgebende Werkzeugoberfläche wirkende Kraft" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung gemeint, dass die formgebende Werkzeugoberfläche lokal an einer bestimmten Stelle oder global an mehreren Stellen oder insgesamt eine Kraft in eine vorgegebene Richtung aufbringen kann, um so bspw. einer auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kraft entgegenzuwirken. Es ist denkbar und zweckmäßig, dass wenigstens einer der Aktoren des Aktorsystems ein piezoelektrischer Aktor, ein hydraulischer Aktor oder ein pneumatischer Aktor ist. Insbesondere Schwingungen und Vibrationen lassen sich aufgrund der schnellen Ansprechbarkeit von piezoelektrischen Aktoren besonders gut entgegenwirken und aktiv dämpfen bzw. reduzieren. By "for the purpose of producing a force acting through the shaping tool surface" is meant in the sense of the present invention that the shaping tool surface can apply locally at a certain point or globally at several points or in total a force in a predetermined direction, for example one to counteract the force acting on the shaping tool surface. It is conceivable and expedient that at least one of the actuators of the actuator system is a piezoelectric actuator, a hydraulic actuator or a pneumatic actuator. In particular, vibrations and vibrations can be particularly well counteracted and actively damped or reduced due to the rapid response of piezoelectric actuators.

Werden piezoelektrische Aktoren als aktive Lagerungskomponenten verwendet, so ist es besonders vorteilhaft, wenn diese Aktoren gleichzeitig auch aufgrund des piezoelektrischen Effektes als Sensoren des Sensorsystems verwendet wer- den, so dass parasitäre Bewegungen und/oder Kräfte mit Hilfe eines piezoelektrischen Elementes sensiert (detektiert) und eine entsprechende Bewegung bzw. Kraft mit Hilfe dieses piezoelektrischen Elementes erzeugt werden kann. If piezoelectric actuators are used as active mounting components, then it is particularly advantageous if these actuators are simultaneously also used as sensors of the sensor system due to the piezoelectric effect, so that parasitic movements and / or forces are sensed (detected) by means of a piezoelectric element and a corresponding movement or force can be generated by means of this piezoelectric element.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist wenigstens ein Sensor des Sensorsys- tems als Kraftsensor ausgebildet, so dass er eine Andruckkraft beim Ablegen der Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche ermitteln kann . Das Ablegen der Fasern kann beispielsweise mittels einer robotergestützten Ablegeeinheit erfolgen, wobei die Andruckkraft in der Regel diejenige Kraft ist, mit der die Ablegeeinheit die Fasern auf die formgebende Werkzeugoberfläche drückt. Der Kraftsensor zum Ermitteln der Andruckkraft kann dabei beispielsweise im Formwerkzeug oder aber auch in der Ablegeeinheit selbst angeordnet sein. In an advantageous embodiment, at least one sensor of the sensor system is designed as a force sensor, so that it can determine a pressing force when depositing the fibers on the shaping tool surface. The laying down of the fibers can take place, for example, by means of a robot-supported laying unit, the pressure force usually being the force with which the laying unit presses the fibers onto the shaping tool surface. The force sensor for determining the pressure force can be arranged, for example, in the mold or else in the laying unit itself.

Die Steuereinrichtung ist nun derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der ermittelten Andruckkraft die Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors generiert, so dass bestimmten Kräften entgegengewirkt werden kann oder aufgrund der Andruckkraft entstehenden Schwingungen lokal entgegengewirkt werden kann, indem in den Bereichen, in denen die Faserlegeeinheit die Fasern auf die formgebende Werkzeugoberfläche ablegt, das Formwerkzeug entsprechend durch Aufbringen einer Kraft mittels der Aktoren versteift wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist es beispielsweise denkbar, dass die Steuereinrichtung weiterhin eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der ermittelten Andruckkraft, die mittels des wenigstens einem Kraftsensors ermittelt wird, und einer vorgegebenen Andruckkraft, mit der die Faserle- geeinheit die Fasern auf die formgebende Werkzeugoberfläche ablegen soll, die Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors zu generieren, um so durch die aufgrund der Ansteuerung des Aktors mit den generierten Steuersignalen erzeugten Kräfte die vorgegebene Andruckkraft einzustellen. Denn aufgrund der Nachgiebigkeit des Gesamtsystems kann es passieren, dass die Fa- serlegeeinheit die Fasern nicht mit der vorgegebenen Andruckkraft auf dem Formwerkzeug ablegt, was unter Umständen bei mehrlagigem Fasergelegen zu Fehlstehlen führen kann. Mit der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, diese Differenz zwischen vorgegebener Andruckkraft und tatsächlicher Andruckkraft mit Hilfe des Formwerkzeuges auszugleichen, so dass die Fasern immer mit der vorgegebenen Andruckkraft auf die formgebende Werkzeugoberfläche abgelegt werden. The control device is now designed such that it generates the control signals for controlling the at least one actuator as a function of the determined pressure force, so that certain forces can be counteracted or due to the pressure force oscillations locally can be counteracted by in the areas where the fiber laying unit deposits the fibers on the shaping tool surface, the molding tool is stiffened accordingly by applying a force by means of the actuators. In an advantageous embodiment, it is conceivable, for example, that the control device is also set up as a function of a difference between the determined pressing force, which is determined by means of the at least one force sensor, and a predetermined pressing force, with which the fiber laying unit applies the fibers to the to deposit shaping tool surface to generate the control signals for controlling the at least one actuator, so as to set the predetermined contact pressure by the forces generated due to the activation of the actuator with the generated control signals. Because of the resilience of the overall system, it can happen that the fiber laying unit does not deposit the fibers on the mold with the predetermined pressure force, which under certain circumstances can lead to false stealing in the case of multi-ply fiber layers. With the present invention, it is thus possible to compensate for this difference between the predetermined pressing force and the actual pressing force with the aid of the molding tool, so that the fibers are always deposited with the predetermined pressing force on the shaping tool surface.

Gemäß Anspruch 7 wird erfindungsgemäß eine Fertigungsanlage zur Herstellung eines Fasergeleges vorgeschlagen, die ein Formwerkzeug wie oben be- schrieben aufweist und mindestens eine Faserlegeeinheit hat, mit der die Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges abgelegt werden können. Eine solche Faserablegeeinheit kann beispielsweise ein Knickarmroboter sein, der als Endeffektor einen Faserablegekopf aufweist. Vorteilhafterweise ist der Kraftsensor zum Ermitteln einer Andruckkraft beim Ablegen der Fasern an der Faserablegeeinheit angeordnet, beispielsweise im Endeffektor. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figur beispielhaft erläutert. Es zeigt: According to the invention, a production plant for producing a fiber fabric is proposed, which has a molding tool as described above and has at least one fiber laying unit with which the fibers can be deposited on the shaping tool surface of the molding tool. Such a Faserablegeeinheit may for example be an articulated robot, which has a Faserablegekopf as an end effector. Advantageously, the force sensor for determining a pressure force when depositing the fibers is arranged on the fiber deposition unit, for example in the end effector. The invention will be explained by way of example with reference to the attached figure. It shows:

Figur 1 - Schematische Darstellung einer Fertigungsanlage mit Figure 1 - Schematic representation of a manufacturing plant with

aktivem Formwerkzeug.  active mold.

Figur 1 zeigt schematisch eine Fertigungsanlage 1 , die ein Formwerkzeug 2 und eine Faserablegeeinheit 3 hat. Die Faserablegeeinheit 3 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 1 als Knickarmroboter ausgeführt und besitzt als Endeffektor einen Faserablegekopf 4, mit dem Fasermaterial zur Herstellung eines Fasergele- ges auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 5 des Formwerkzeuges 2 abgelegt werden könne. Dabei werden die Fasern mittels der Faserablegeeinheit 3 und dem Ablegekopf 4 auf die formgebende Werkzeugoberfläche 5 des Formwerkzeuges 2 gedrückt und durch Verfahren des Ablegekopfes 4 gegenüber dem Formwerkzeug 2 entsprechend auf der Oberfläche abgelegt. FIG. 1 schematically shows a production plant 1 which has a molding tool 2 and a fiber deposition unit 3. The Faserablegeeinheit 3 is executed in the embodiment of Figure 1 as articulated robot and has as Endeffektor a Faserablegekopf 4, with the fiber material for producing a Fasergele- ges on the forming tool surface 5 of the mold 2 can be stored. The fibers are pressed by the Faserablegeeinheit 3 and the deposition head 4 on the forming tool surface 5 of the mold 2 and stored by moving the deposition head 4 relative to the mold 2 accordingly on the surface.

Die formgebende Werkzeugoberfläche 5 ist mittels einer Werkzeuglagerungsvorrichtung 6 an einem Formträgersystem 7 angeordnet und wird durch diese lagernd gehalten, so dass auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 5 die Fasern abgelegt werden können. Bei solch einer derartigen Konstruktion kann die formgebende Werkzeugoberfläche des Formwerkzeuges ausgetauscht werden, um so beispielsweise Fasergelege mit unterschiedlichen Geometrien an ein und derselben Fertigungsanlage herstellen zu können. The shaping tool surface 5 is arranged by means of a tool mounting device 6 on a mold carrier system 7 and is held in stock by this, so that on the forming tool surface 5, the fibers can be stored. With such a construction, the forming tool surface of the molding tool can be exchanged so as to be able to produce, for example, fiber scrims with different geometries on one and the same production line.

Die Werkzeuglagerungsvorrichtung 6 weist erfindungsgemäß Sensoren 8 und Aktoren 9 auf, mit denen die parasitären Bewegungen bzw. Kräfte zum einen detektiert und entsprechende Bewegungen bzw. Kräfte andererseits erzeugt werden können. Die Sensoren 8 und Aktoren 9 sind signaltechnisch (nicht dargestellt) mit einer Steuereinrichtung 10 verbunden, um die entsprechenden Eingangssignale der Sensoren empfangen, verarbeiten und die generierten Steuer- Signale an die Aktoren auszugeben. Sensor 8 und Aktor 9 können dabei beispielsweise als piezoelektrisches Element ausgebildet sein. Piezoelektrische Aktoren/Sensoren sind dabei in der Lage, Kräfte aufzunehmen, d.h. sowohl Druck- als auch Zugkräfte, und können beispielsweise als direkte Verbindung zwischen Werkzeugoberfläche 5 und Formträgersystem 7 als Werkzeuglagerungsvorrichtung 6 dienen. Bei hydraulischen oder pneumatischen Aktoren/Sensoren sollten zusätzliche starre Verbindungen zur Aufnahme der Gewichtskräfte der formgebenden Werkzeugoberfläche 5 vorgesehen sein. According to the invention, the tool mounting device 6 has sensors 8 and actuators 9 with which the parasitic movements or forces can be detected on the one hand and corresponding movements or forces on the other hand can be generated. The sensors 8 and actuators 9 are signal-technically (not shown) connected to a control device 10 to receive the corresponding input signals of the sensors, process and output the generated control signals to the actuators. Sensor 8 and actuator 9 may be formed, for example, as a piezoelectric element. Piezoelectric actuators / sensors are able to absorb forces, ie both compressive and tensile forces, and can serve, for example, as a direct connection between the tool surface 5 and the mold carrier system 7 as a tool storage device 6. In the case of hydraulic or pneumatic actuators / sensors, additional rigid connections should be provided for receiving the weight forces of the shaping tool surface 5.

Zusätzlich oder alternativ kann im Ablegekopf 4 der Faserlegeeinheit 3 ein Kraft- Moment-Sensor integriert werden, um die auftretenden Andruckkräfte beim Ablegen der Fasern zu ermitteln. Wird ein Kraft-Moment-Sensor am Ablegekopf 4 genutzt, so lässt sich eine Differenzkraft zur vorgegebenen Andruckkraft be- rechnen, so dass die Aktoren 9 dann gezielt mit generierten Steuersignalen so angesteuert werden, dass die vorgegebene Andruckkraft eingestellt wird. Dies kann dadurch geschehen, dass durch die Aktoren 9 zusätzliche Kräfte durch die formgebende Werkzeugoberfläche 5 in Richtung des Ablegekopfes 4 generiert werden, so dass die gewünschte Andruckkraft eingestellt wird. Additionally or alternatively, in the laying head 4 of the fiber laying unit 3, a force-moment sensor can be integrated in order to determine the occurring pressure forces when depositing the fibers. If a force-moment sensor is used on the laying head 4, a differential force can be calculated for the given pressing force, so that the actuators 9 are then specifically controlled with generated control signals in such a way that the predetermined pressing force is set. This can be done by additional forces being generated by the actuators 9 through the shaping tool surface 5 in the direction of the deposition head 4, so that the desired pressure force is set.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 Fertigungsanlage 1 production plant

2 Formwerkzeug  2 mold

3 Faserablegeeinheit  3 fiber depositing unit

4 Faserablegekopf  4 fiber handling head

5 Formgebende Werkzeugoberfläche 5 Shaping tool surface

6 Werkzeuglagerungsvorrichtung6 Tool storage device

7 Formträgersystem 7 mold carrier system

8 Sensoren  8 sensors

9 Aktoren  9 actuators

10 Steuereinrichtung  10 control device

AI/au AI / au

Claims

Patentansprüche: claims:

1 . Formwerkzeug (2) zur Herstellung eines Fasergeleges für die Herstellung eines Faserverbundbauteils mit 1 . Mold (2) for producing a fiber fabric for the production of a fiber composite component with

- einer formgebenden Werkzeugoberfläche (5), die zur Aufnahme der abzulegenden Fasern zur Herstellung des Fasergeleges vorgesehen ist, und  - A shaping tool surface (5), which is provided for receiving the fibers to be deposited for the production of the fiber fabric, and

- eine Werkzeuglagerungsvorrichtung (6), die zur Lagerung der formgebenden Werkzeugoberfläche (5) an oder auf einem Formträgersystem (7) ausgebildet ist,  a tool mounting device (6) which is designed to mount the shaping tool surface (5) on or on a mold carrier system (7),

dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that

- ein Sensorsystem mit mindestens einem Sensor (8) vorgesehen ist, der zur Detektion von parasitärer Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche (5) gegenüber dem Formträgersystem (7) und/oder zur Detektion von auf die formgebende Werkzeugoberfläche (5) wirkenden Kräften ausgebildet ist ,  a sensor system having at least one sensor (8) is provided, which is designed to detect parasitic movements of the shaping tool surface (5) relative to the mold carrier system (7) and / or to detect forces acting on the shaping tool surface (5),

- ein Aktorsystem mit mindestens einem Aktor (9) vorgesehen ist, der zum Erzeugen einer Bewegung der formgebenden Werkzeugoberfläche (5) gegenüber dem Formträgersystem (7) und/oder zum Erzeugen einer durch die formgebende Werkzeugoberfläche (5) wirkende Kraft ausgebildet ist, und  - An actuator system is provided with at least one actuator (9) which is designed to generate a movement of the forming tool surface (5) relative to the mold carrier system (7) and / or for generating a force acting through the forming tool surface (5) force, and

- eine Steuereinrichtung (10) vorgesehen ist, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von den detektierten parasitären Bewegungen und/oder Kräften Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors (9) des Aktorsystems zu generieren. Formwerkzeug (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung zum Generieren der Steuersignale derart eingerichtet ist, dass durch die aufgrund der Ansteuerung des mindestens einen Aktors mit den generierten Steuersignalen erzeugten Bewegungen und/oder Kräften den parasitären Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche und/oder den auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kräfte entgegengewirkt wird. - A control device (10) is provided which is adapted to generate in response to the detected parasitic movements and / or forces control signals for controlling the at least one actuator (9) of the actuator system. Shaping tool (2) according to claim 1, characterized in that the control device for generating the control signals is set up such that generated by the activation of the at least one actuator with the generated control signals movements and / or forces the parasitic movements of the forming tool surface and / or the forces acting on the forming tool surface forces counteracted.

Formwerkzeug (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Aktoren des Aktorsystems ein piezoelektrischer Aktor, ein hydraulischer Aktor oder ein pneumatischer Aktor ist. Mold (2) according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the actuators of the actuator system is a piezoelectric actuator, a hydraulic actuator or a pneumatic actuator.

Formwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Aktoren des Aktorsystems ein piezolektrischer Aktor ist, der gleichzeitig ein Sensor des Sensorsystems ist. Mold (2) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the actuators of the actuator system is a piezoelectric actuator, which is also a sensor of the sensor system.

Formwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor des Sensorsystems ein Kraftsensor ist, der zum Ermitteln einer Andruckkraft beim Ablegen der Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche ausgebildet ist, wobei die Steuereinrichtung zum Generieren der Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors des Aktorsystems in Abhängigkeit von der ermittelten Andruckkraft eingerichtet ist. Mold (2) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor of the sensor system is a force sensor which is designed to determine a pressing force when depositing the fibers on the forming tool surface, wherein the control device for generating the control signals for controlling the at least an actuator of the actuator system is set up as a function of the determined pressure force.

Formwerkzeug (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einer Differenz zwi- sehen der ermittelten Andruckkraft und einer vorgegebenen Andruckkraft die Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors derart zu generieren, dass durch die aufgrund der Ansteuerung des Aktors mit den generierten Steuersignalen erzeugten Kräfte die vorgegebene Andruckkraft eingestellt wird. Molding tool (2) according to claim 5, characterized in that the control device is set up, depending on a difference between see the determined pressure force and a predetermined pressure force to generate the control signals for controlling the at least one actuator such that the predetermined contact pressure is set by the forces generated due to the activation of the actuator with the generated control signals.

Fertigungsanlage (1 ) zur Herstellung eines Fasergeleges für die Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Formwerkzeug (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit mindestens einer robotergestützten Ablegeeinheit (3) zum Ablegen von Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche (5) des Formwerkzeuges (2). Production plant (1) for producing a fiber fabric for the production of a fiber composite component with a molding tool (2) according to one of the preceding claims and with at least one robot-supported deposition unit (3) for depositing fibers on the forming tool surface (5) of the molding tool (2).

Fertigungsanlage (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor des Sensorsystems ein Kraftsensor ist, der an der robotergestützten Ablegeeinheit angeordnet und zum Ermitteln einer Andruckkraft beim Ablegen der Fasern auf der formgebenden Werkzeugoberfläche ausgebildet ist. Production plant (1) according to claim 7, characterized in that at least one sensor of the sensor system is a force sensor, which is arranged on the robot-supported laying unit and designed to determine a pressing force when depositing the fibers on the forming tool surface.

Verfahren zur Herstellung eines Fasergeleges für die Herstellung eines Faserverbundbauteils, bei dem Fasern zur Herstellung des Fasergeleges auf einer formgebenden Werkzeugoberfläche eines Formwerkzeuges mittels mindestens einer Faserlegeeinheit abgelegt werden, mit den Schritten: Process for the production of a fiber fabric for the production of a fiber composite component, in which fibers for the production of the fiber fabric are deposited on a forming tool surface of a molding tool by means of at least one fiber laying unit, comprising the steps:

- Detektieren von parasitären Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche und/oder von auf die formgebende Werkzeugoberfläche wirkenden Kräften mittels mindestens eines Sensors eines Sensorsystems, - Generieren von Steuersignalen zur Ansteuerung mindestens eines Aktors eines Aktorsystems in Abhängigkeit von den detektierten parasitären Bewegungen und/oder Kräften mittels einer Steuereinrichtung, undDetecting parasitic movements of the shaping tool surface and / or of forces acting on the shaping tool surface by means of at least one sensor of a sensor system, Generating control signals for controlling at least one actuator of an actuator system as a function of the detected parasitic movements and / or forces by means of a control device, and

- Ansteuern des Aktors mit den generierten Steuersignalen zur Erzeu- gung einer Bewegung der formgebenden Werkzeugoberfläche und/oder zum Erzeugen einer durch die formgebende Werkzeugoberfläche wirkende Kraft. - Actuating the actuator with the generated control signals for generating a movement of the forming tool surface and / or for generating a force acting through the forming tool surface force.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersig- nale derart generiert werden, dass durch die aufgrund der Ansteuerung des mindestens einen Aktors des Aktorsystems mit den generierten Steuersignalen erzeugten Bewegungen und/oder Kräften den parasitären Bewegungen der formgebenden Werkzeugoberfläche und/oder den auf die formgebenden Werkzeugoberfläche wirkenden Kräften entgegengewirkt wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the Steuersig- signals are generated such that generated by the control of the at least one actuator of the actuator system with the generated control signals movements and / or forces the parasitic movements of the forming tool surface and / or the forces acting on the shaping tool surface forces are counteracted.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des mindestens einen Sensors des Sensorsystems eine Andruckkraft der Faserlegeeinheit beim Ablegen der Faser auf der formgebenden Werkzeugoberfläche ermittelt wird und die Steuersignale zur Ansteuerung des mindestens einen Aktors des Aktorsystems in Abhängigkeit von der ermittelten Andruckkraft generiert werden. 1 1. A method according to claim 9 or 10, characterized in that by means of the at least one sensor of the sensor system, a pressing force of the fiber laying unit is determined when depositing the fiber on the forming tool surface and generates the control signals for controlling the at least one actuator of the actuator system in dependence on the determined pressing force become.

12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersig- nale in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der ermittelten Andruckkraft und einer vorgegebenen Andruckkraft derart generiert werden, dass durch die aufgrund der Ansteuerung des Aktors mit den generierten Steuersignalen erzeugten Kräfte die vorgegebene Andruckkraft eingestellt wird. 12. The method of claim 1 1, characterized in that the Steuersig- signals are generated in dependence on a difference between the determined pressing force and a predetermined pressing force such that generated by the actuation of the actuator with the generated control signals forces the predetermined pressure is set.