DE102016104926A1

DE102016104926A1 - Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix, sowie Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016104926A1
Application number: DE102016104926.3A
Authority: DE
Inventors: Sonja Seidel; Hans-Joachim Ludwig; Dominik Harant; Andreas Löffler; Arthur Schwab
Original assignee: Mai & Co KG GmbH; Rehau AG and Co
Current assignee: MAI & Co Kg Innovative Automations U De GmbH
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix, sowie eine Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix. Aus der EP 1 315 613 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges bekannt, wobei zum Aufbau des mehrlagigen Vorgeleges entlang eines Fließbandes mittels eines Schneid- und Legekopfes die Matten in definierten Winkeln zueinander abgelegt entlang des Förderweges des Förderbandes das mehrlagige Vorgelege hergestellt wird.
Nachteilig an dem im Stand der Technik offenbarten Verfahren ist jedoch, dass für jede einzelne Lage entlang des Fließbandes ein entsprechender Schneid- und Legekopf vorgesehen werden muss, so dass entsprechend mit jeder zu legenden Lage die Fertigungsanlage größer dimensioniert werden muss und die Fertigungsanlageninvestition ansteigt. Zudem müssen die Schneid- und Legeköpfe die Matten auf das sich bewegende Fließband ablegen, so dass die einzuhaltenden Toleranzen beim Ablegen der Matten nicht sehr hoch sein dürfen.
Demgegenüber ist der WO 2014/095002 A1 ein weiter verbessertes Verfahren und eine weiter verbesserte Fertigungsanlage gemäß den Oberbegriffen der Erfindungen entnehmbar. Das in dieser Anmeldung offenbarte Verfahren und die Fertigungsanlage lassen sich im Hinblick auf die Bereitstellung der abzulegenden faserverstärkten Matten jedoch in der benötigten Fertigungszeit und der Ablagegenauigkeit weiter optimieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges anzugeben, welches gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Genauigkeit im Hinblick auf die Orientierung und den Abstand der Matten zueinander ermöglicht und gleichzeitig variabler, schneller und kostengünstiger ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte:

(A) Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement mittels wenigstens einer Legeeinheit,
(B) Aufnehmen der ersten Einzellage mit einer Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander,
(C) Verlagern der Greifeinheit mittels einer Transporteinheit und Ablegen der ersten Einzellage auf einem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit,
(D) Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement mittels der Legeeinheit,
(E) Aufnehmen der weiteren Einzellagen mit der Greifeinheit unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und Verlagern der Greifeinheit mittels der Transporteinheit zu dem zweiten Ablageelement,
(F) Ablegen der weiteren Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen,
(G) Lagefixieren der Einzellagen mit einer Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege,
(H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G),

– Bereitstellen wenigstens eines unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix,
– Kontaktieren eines Anfangsabschnittes des Rohmaterial-Bandes mit wenigstens einem umlaufenden Förderband einer Vakuum-Fördereinrichtung,
– Ergreifen des Anfangsabschnittes des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes und fördern eines Teilabschnitts oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes der Vakuum-Fördereinrichtung,
– Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band um einen Zuschnitt oder um mehrere Zuschnitte aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band mit einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Länge zu erhalten,
– Weiterfördern des Zuschnitts oder der Zuschnitte zu einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband,
– Aufnehmen des Zuschnittes oder der Zuschnitte mittels der wenigstens einen Legeeinheit, insbesondere zur Durchführung des Schritts (A) oder (D).

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die örtliche Trennung der Prozessschritte des Aufbaus der Einzellagen und des Aufbaus des mehrlagigen Vorgeleges, diese beiden Schritte insbesondere parallel zueinander durchzuführen und die Fertigungszeit des mehrlagigen Vorgeleges entsprechend deutlich zu verringern. Erfindungsgemäß ist nunmehr auch die Bereitstellung der Matten oder Zuschnitte von dem Aufbau der Einzellagen entkoppelt und kann insbesondere ebenfalls zeitlich parallel zum Aufbau der Einzellage erfolgen. Die Verwendung eines Vakuum-Förderbandes ermöglicht es zudem die örtliche Ausrichtung der Matten oder Zuschnitte in Richtung eines zweidimensionalen Rasters in Relation zu dem ersten Ablageelement durch das Weiterfördern des Zuschnitts oder der Zuschnitte zu einer für den jeweiligen Zuschnitt oder für die jeweiligen Zuschnitte vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband bereits bei der Bereitstellung der Matten oder Zuschnitte zeitlich vor der Aufnahme durch die wenigstens eine Legeeinheit durchzuführen. Hierdurch muss die Legeeinheit nur noch in der zweiten Richtung des zweidimensionalen Rasters, vorzugsweise senkrecht und/oder linear zu der ersten Richtung, verfahren, so dass der Aufbau der Einzellagen deutlich schneller erfolgen kann als im Stand der Technik bekannt. Dies ermöglicht es die Matten oder Zuschnitte an beliebigen Punkten des zweidimensionalen Rasters deutlich schneller auf dem ersten Ablageelement zu einer ersten oder zu einer weiteren Einzellage aufzubauen. Des Weiteren lässt sich die definierte Orientierung und der definierte Abstand der Matten einer jeweiligen Einzellage noch einfacher überwachen und steuern (z.B. durch ein Kamerasystem mit entsprechender Bildauswertung), so dass durch den getrennten Aufbau einer jeweiligen Einzellage sich die Qualität bzw. die Genauigkeit der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander sehr viel genauer einstellen lässt als bei einem Verfahren des Stands der Technik. Alternativ kann zu Beginn des Verfahrens in Schritt (A) der Aufbau einer ersten Einzellage nur eine Matte umfassen, die mittels einer Legeeinheit auf einem ersten Ablageelement aufgebaut wird.
Durch die Benennung der Schritte mit den Buchstaben A bis H wird keine Bindung bzw. keine ausschließliche Bindung an eine zeitliche Reihenfolge verfolgt. Die Buchstaben dienen lediglich der Benennung bzw. Kennzeichnung der Schritte. So können die Schritte B, und C insbesondere zeitgleich bzw. im Wesentlichen zeitgleich zu dem Schritt D vorgenommen werden. Die Schritte E bis G werden vorzugsweise aufeinanderfolgend vorgenommen, also Schritt F nach E und Schritt G nach F. Der Schritt D kann insbesondere während jedes Schritts der Schritte E bis G vorgenommen werden. Das Bereitstellen der Matten oder Zuschnitte erfolgt insbesondere zeitgleich zu Schritt A oder Schritt D.
Die Legeeinheit kann in Relation zu dem Förderband der Vakuum-Fördereinrichtung verdrehbar sein, so dass bei einer zu der Förderrichtung abweichenden Winkelstellung des Zuschnittes oder der Zuschnitte auf dem Förderband diese abweichende Winkelstellung durch eine entsprechende Verdrehung der Legeeinheit aus seiner Transferposition heraus kompensierbar ist, wobei nach dem Aufnehmen des Zuschnittes oder der Zuschnitte von dem Förderband durch die Legeeinheit die abweichende Winkelstellung durch eine Rückdrehung der Legeeinheit in ihre Transferposition ausgeglichen wird. Die entsprechende Bestimmung des notwendigen Verdrehwinkels kann beispielsweise durch optische Sensoren erfasst und die Legeeinheit mittels einer angesteuert werden.
Vorzugsweise ist mindestens ein Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit und/oder Legeeinheit drehbar, um die Einzellagen und/oder die weiteren Einzellagen zueinander vorpositionieren zu können, insbesondere in unterschiedlichen Winkelstellungen der Matten oder Zuschnitte zueinander.
Eine Drehbarkeit entweder mindestens eines der Ablageelemente oder der Greifeinheit oder mindestens eines Ablageelementes und der Greifeinheit und/oder mindestens eines der Ablageelemente oder der wenigstens einen Legeeinheit oder mindestens eines Ablageelementes und der mindestens einen Legeeinheit, ermöglicht es die Einzellagen auch winklig zueinander vorzupositionieren. Eine Drehbarkeit des ersten Ablageelementes in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es, dass nach dem Abschließen oder während des Aufbaus der ersten oder der weiteren Einzellage ein definierter Winkel in Relation zu der Greifeinheit eingestellt werden kann, so dass diese Winkelorientierung nicht von der Legeeinheit selbst vorgenommen werden muss. Alternativ kann diese Winkelorientierung auch durch eine Drehbarkeit der Greifeinheit realisiert werden. Durch die Winkelorientierung mittels einer bzw. beider drehbaren Ablageelemente in Relation zu der Greifeinheit und/oder der wenigstens einen Legeeinheit kann so die Genauigkeit und Geschwindigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter verbessert werden. Mindestens ein drehbares Ablageelement in Relation zu der Greifeinheit ermöglicht es zudem, nach dem erfolgten Aufbau der ersten bzw. der weiteren Einzellage diese in eine Aufnahmeposition zu verbringen, um gleichzeitig auf dem selben Ablageelement einen entsprechend freien Platz zum Aufbau einer weiteren Einzellage zu schaffen. Bevorzugt weisen die Auflageelemente hierfür eine kreisrunde Struktur auf.
Die wenigstens eine Legeeinheit und / oder die Transporteinheit ist / sind vorzugsweise entlang einer Linearführungseinheit verfahrbar. Linearführungseinheiten ermöglichen eine hohe Präzision zur genauen Einhaltung der definierten Orientierung und des definierten Abstands beim Ablegen der wenigstens zwei Matten mittels der Legeeinheit oder während des Transports durch die Transporteinheit. Bevorzugt sind die Linearführungseinheiten der wenigstens Legeeinheit und der Transporteinheit winklig zueinander orientiert, insbesondere rechtwinklig zueinander orientiert.
Die Transporteinheit kann alternativ durch einen Industrieroboter gebildet sein. Hierzu eignen sich im Besonderen sogenannte Mehr-Achsen Roboter, insbesondere Fünf-Achsen Roboter, die entsprechende Greifeinheiten aufweisen oder denen entsprechende Greifeinheiten zugeordnet sind.
Auf der Ablageoberfläche mindestens eines Ablageelementes, bevorzugt beider Ablageelemente, kann mittels wenigstens einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen erzeugbar sein. Durch beispielsweise Vorsehen von kleinen Öffnungen in der Ablageoberfläche eines oder beider Ablageelemente kann durch Anlegen eines Unterdrucks mittels einer Unterdruckeinheit (also einer Einheit die einen Unterdruck bereitstellt) an diesen Öffnungen die erste bzw. die weiteren Einzellagen solange ortsfest gehalten werden, bis diese von der Greifeinheit aufgenommen oder mittels der wenigstens einen Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege endgültig lagefixiert werden.
Die wenigstens eine Fixiereinheit kann eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten umfassen. Die Greifeinheit kann insbesondere eine Saugglocke oder eine Vielzahl von Saugglocken umfassen. Die Greifeinheit kann ferner ein oder mehrere Flächenansaugelemente aufweisen. Hierbei ist eine im Wesentlichen ebene Fläche mit mehreren Ansaugöffnungen versehen, an welche ein Über- oder Unterdruck anlegbar ist. Ein Beispiel eines derartigen Flächensaugelementes wird unter dem Namen UniGripper vertrieben.
Die Greifeinheit kann ein oder mehrere Flächenansaugelemente aufweisen. Hierbei ist eine im Wesentlichen ebene Fläche mit mehreren Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken versehen, an welche ein Über- oder Unterdruck anlegbar ist. Die ebene Fläche mit der Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken kann in wenigstens zwei aneinander angrenzende oder zusammenhängende Sektoren aufgeteilt sein. Bevorzugt ist für jeden Sektor eine eigene Fixiereinheit vorgesehen oder zugeordnet. Bevorzugt ist die ebene Fläche mit der Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken in wenigstens vier aneinander angrenzende oder zusammenhängende Sektoren aufgeteilt, wobei für jeden Sektor eine eigene Fixiereinheit vorgesehen oder zugeordnet ist. Durch die Sektionalisierung und das Vorsehen mehrerer Fixiereinheiten lässt sich das Lagefixieren der Einzellagen mit der wenigstens einen Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege wesentlich schneller durchführen.
Die oder eine Greifeinheit kann insbesondere ein Raster aus einer Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken aufweisen, an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist. Die Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken können entlang einer oder mehrerer Ansaugleiste angeordnet sein an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist.
Die einzelnen Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken oder die einzelnen Ansaugleisten mit den Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken können hierbei voneinander beabstandet sein, und in den so gebildeten Zwischenräumen können Durchtrittsöffnungen oder Durchtrittsspalte für die wenigstens eine Fixiereinheit vorgesehen sein, um die unterhalb der Greifeinheit befindlichen Einzellagen mit der wenigstens einen Fixiereinheit zu einem mehrlagigen Vorgelege Lage zu fixieren.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Fixiereinheit mit der Greifeinheit verbunden. Dies kann es ermöglichen die Fertigungsanlage noch kompakter aufzubauen, da die Fixiereinheit zusammen mit der Greifeinheit verfahrbar ist und nicht separat transportiert werden muss.
Die Ansaugöffnungen eines Flächensaugelementes können als Durchgang für eine Ultraschallschweißeinheit, eine Laserschweißeinheit, eine Plasmaschweißeinheit, eine Elektronenstrahlschweißeinheit, eine Vernäheinheit, eine Nadelungseinheit und / oder eine Kombination der vorgenannten Einheiten dienen.
Die Greifeinheit kann bevorzugt mindestens eine Saugglocke mit einem umlaufenden Rand aufweisen, welche über mindestens eine Druckleitung mittels Anlegen eines Unter- oder eines Überdrucks in einen Ansaugzustand oder einen Abstoßungszustand bringbar ist, wobei der umlaufende Rand im Ansaugzustand einen Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage einschließt. Bevorzugt kann eine Fixiereinheit mit einer Quelle einer hochenergetischen Strahlung (z.B. die Laserschweißeinheit oder die Plasmaschweißeinheit oder eine Elektronenstrahlschweißeinheit) vorgesehen sein, wobei diese Fixiereinheit derart angeordnet ist, dass die Strahlung innerhalb des umlaufenden Randes auf den Teilbereich der ersten oder weiteren Einzellage übertragbar ist. Vorzugsweise ist die hochenergetische Strahlung über oder durch die Druckleitung übertragbar. Die mindestens eine Saugglocke kann steif und unnachgiebig ausgebildet sein, so dass über die Saugglocke eine Druckkraft auf die erste und/oder weitere Einzellage übertragbar ist. Die Saugglocke kann alternativ elastisch und nachgiebig, insbesondere als Balgsaugglocke, ausgebildet sein. Im Bereich der Saugglocke kann ein mit der Fixiereinheit in Signalverbindung stehender Drucksensor vorgesehen sein, dessen Sensorsignal zur Freigabe der hochenergetischen Strahlung nutzbar ist. Die dem Teilbereich zugewandte Oberfläche der Saugglocke kann aus einem die hochenergetische Strahlung weitgehend reflektierenden Material gebildet oder mit diesem beschichtet sein.
Bevorzugt sind die Matten durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix gebildet. Entsprechende Bänder lassen sich besonders einfach einer Schneideinheit vor dem Förderband der wenigstens einen Vakuum-Förderbandeinheit zuführen.
Für den Fall, dass die Matten durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet sind können – unabhängig von dem vorgenannten Verfahren – in einem Verfahren zum Bereitstellen von Zuschnitten zur Aufnahme mittels einer Legeeinheit gemäß der folgenden Schritte Zuschnitte bereitgestellt werden:

– Bereitstellen wenigstens eines unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix,
– Kontaktieren eines Anfangsabschnittes des Rohmaterial-Bandes mit wenigstens einem umlaufenden Förderband einer Vakuum-Fördereinrichtung,
– Ergreifen des Anfangsabschnittes des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes und fördern eines Teilabschnitts oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes der Vakuum-Fördereinrichtung,
– Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band um einen Zuschnitt oder um mehrere Zuschnitte aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band mit einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Länge zu erhalten,
– Weiterfördern des Zuschnitts oder der Zuschnitte zu einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband,
– Aufnehmen des Zuschnittes oder der Zuschnitte mittels einer Legeeinheit.

Generell gilt für alle in dieser Anmeldung genannten Verfahren folgendes:
Eine Vakuum-Fördereinrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt, wobei diesbezüglich insbesondere auf die Dokumente EP 2520520 A1 , DE 102008044919 A1 , EP 1931581 B1 , EP 1533263 B1 , EP 1533255 B1 , EP 1127978 B1 , DE 3433497 A1 , EP 0045436 B1 , DE 8017421 U1 , DE 6925828 U1 , DE 1957798 A1 , DE 1928727 A1 , DE 1929183 A1 , DE 1923440 A1 oder DE 1531946 A1 verwiesen wird, auf deren Inhalt hiermit explizit Bezug genommen wird. Eine Vakuum-Fördereinrichtung kann insbesondere gebildet sein durch eine Vorrichtung zum positionsgenauen Transport von flächigen Werkstücken, insbesondere von unidirektional, endlosfaserverstärktem Bandmaterial, mit mindestens einer, durch Seitenwände und ein umlaufendes Förderband eingeschlossenen, Saugkammer, sowie mit einer in der Saugkammer angeordneten oder mit der Saugkammer fluidleitend verbundenen Vakuumeinrichtung, die die Werkstücke ansaugt und hierdurch gegen eine der Saugkammer abgewandten Transportseite des Förderbands drückt, um sie dort positionsgenau festzuhalten, wobei das Förderband hierfür fluiddurchlässig, insbesondere luftdurchlässig ausgebildet ist. Der Zwischenraum zwischen dem Förderband und den Seitenwänden der Saugkammer kann konstruktiv und/oder mittels Dichtelementen abgedichtet sein. Die Fluiddurchlässigkeit kann mittels das Förderband durchsetzender Ansaugöffnungen gebildet sein. Die Ansaugöffnungen können kreisförmig, oval, sternförmig, rechteckig, quadratisch und/oder länglich ausgebildet sein. Die Ansaugöffnungen können statistisch oder geordnet, insbesondere in einer Reihe verlaufend, angeordnet sein. Die Fluiddurchlässigkeit kann zusätzlich oder alternativ mittels einer offenen Porosität des Förderbands gebildet sein.
Das Bereitstellen des unidirektional endlosfaserverstärkten Bandes mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix kann unmittelbar nach einem Herstellungsschritt des Bandes oder mithilfe wenigstens einer Rolle, auf welcher das Band aufgerollt bereitgestellt ist, erfolgen.
Es können wenigstens zwei Förderbänder und/oder wenigstens zwei Legeeinheiten vorgesehen sein.
Die Legeeinheit oder die Legeeinheiten können auf einer, oder jeweils auf einer, winkelig, bevorzugt quer, zur Förderrichtung des wenigstens einen Förderbandes angeordneten Linearführungseinheit angeordnet sein.
Die Vakuum-Fördereinrichtung kann ein erstes Ende und ein zweites Ende zur Kontaktierung des Bandes mit dem Förderband aufweisen, wobei das unidirektional endlosfaserverstärkte Band mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix an jedem der beiden Enden bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird. Dies ermöglicht es von beiden Ende des Förderbandes unterschiedliche Rohmaterial-Bänder zuzuführen, ohne die die Fertigungsanlage umrüsten zu müssen oder die Fertigung anhalten zu müssen. Das Förderband kann entsprechend in beide Richtungen umlaufend angetrieben werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf eine kontinuierliche Fertigung von großem Vorteil.
Wenigstens ein Förderband der Vakuum-Fördereinrichtung kann aus jeweils wenigstens zwei zueinander parallel verlaufender und unmittelbar aneinander angrenzender Einzelförderbänder ausgebildet sein.
Die Einzelförderbänder können bevorzugt zueinander gegenläufig umlaufend betreibbar sein oder betrieben werden. Dies ermöglicht es gleichzeitig von beiden Ende des Förderbandes unterschiedliche Rohmaterial-Bänder zuzuführen.
Die Legeeinheit kann in Relation zu dem Förderband der Vakuum-Fördereinrichtung verdrehbar sein, so dass bei einer zu der Förderrichtung abweichenden Winkelstellung des Zuschnittes oder der Zuschnitte auf dem Förderband diese abweichende Winkelstellung durch eine entsprechende Verdrehung der Legeeinheit aus seiner Transferposition heraus kompensierbar ist, wobei nach dem Aufnehmen des Zuschnittes oder der Zuschnitte von dem Förderband durch die Legeeinheit die abweichende Winkelstellung durch eine Rückdrehung der Legeeinheit in ihre Transferposition ausgeglichen wird.
Ein durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbares mehrlagiges Vorgelege eignet sich besonders vorteilhaft als Halbzeugmaterial für die Herstellung von faserverstärkten Formteilen für Kraftfahrzeuge, insbesondere z.B. für die Herstellung von faserverstärkten Batteriegehäusen für Traktionsbatterien, für die Herstellung von Reserveradmulden, Kofferraummulden, Radträgern, Querträgern oder Längsträgern oder allgemein insbesondere für die Herstellung von Kraftfahrzeug-Strukturteilen.
Die thermoplastische Matrix der faserverstärkten Matten kann Polyamid (PA), insbesondere Polyamid 6 und Polyamid 6.6, Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), POM (Polyoxymethylen), Polyphenylensulfid (PPS), Polyethersulfon (PES), Polyetheretherketon (PEEK), Polyetherimid (PEI), Polyethylenterephthalat (PET), vergleichbare Technische oder Hochtemperatur-Kunststoffmaterialien oder Kombinationen der vorgenannten Kunststoffmaterialien umfassen.
Die Fasern sind vorzugsweise Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder Carbonfasern, und/oder Aramidfasern und/oder polymere Fasern, und/oder synthetische Fasern und/oder Fasern von nachwachsenden Rohstoffen. Besonders bevorzugt sind die Fasern Endlosfasern bzw. als Endlosfasern ausgebildet. Endlosfasern sind Fasern, welche die jeweilige Matte in einer Richtung im Wesentlichen vollständig durchziehen.
Eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfasst mindestens:

– ein erstes und ein zweites Ablageelement,
– wenigstens eine Legeeinheit zum Aufnehmen eines Zuschnittes oder von Zuschnitte zum Aufbau einer ersten Einzellage aus wenigstens zwei Matten, insbesondere Zuschnitten aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band, mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement und zum Aufbau einer weiteren Einzellage aus wenigstens zwei Matten mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement,
– eine Greifeinheit zum Aufnehmen der ersten Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander und zum Aufnehmen der weiteren Einzellage unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten zueinander,
– einer Transporteinheit zum jeweiligen Verlagern der Greifeinheit zu dem zweiten Ablageelement, wobei ein Ablegen der ersten Einzellage auf dem zweiten Ablageelement durch Trennen der ersten Einzellage von der Greifeinheit erfolgt, und wobei die weitere Einzellage in einer definierten Position auf die erste Einzellage und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage durch Trennen der weiteren Einzellage von der Greifeinheit abgelegt wird, so dass sich die Einzellagen zumindest bereichsweise überlappen,
– einer Fixiereinheit zum Lagefixieren der Einzellagen zu einem mehrlagigen Vorgelege,
– eine Vakuum-Fördereinrichtung mit wenigstens einem umlaufenden Förderband zum Kontaktieren eines Anfangsabschnittes eines Rohmaterial-Bandes,
– eine ansteuerbare und/oder programmierbare Steuereinheit um nach Ergreifen des Anfangsabschnittes des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes einen Teilabschnitt oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes der Vakuum-Fördereinrichtung zu fördern, und zum Weiterfördern des Zuschnitts oder der Zuschnitte zu einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband,
– eine Trennvorrichtung zum Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band um den Zuschnitt oder um mehrere Zuschnitte aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band mit einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Länge zu erhalten.

Eine Fertigungsanlage zum Durchführen des Verfahrens zum Bereitstellen von Zuschnitten umfasst mindestens:

– eine Vakuum-Fördereinrichtung mit wenigstens einem umlaufenden Förderband zum Kontaktieren eines Anfangsabschnittes eines Rohmaterial-Bandes,
– eine ansteuerbare und/oder programmierbare Steuereinheit um nach Ergreifen des Anfangsabschnittes wenigstens eines Rohmaterial-Bandes einen Teilabschnitt oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes der Vakuum-Fördereinrichtung zu fördern, und zum Weiterfördern des Zuschnitts oder der Zuschnitte zu einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband,
– eine Trennvorrichtung zum Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band um den Zuschnitt oder um mehrere Zuschnitte aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band mit einer für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vordefinierten Länge zu erhalten,
– Alternativ wenigstens eine Legeeinheit zum Aufnehmen des Zuschnittes oder der Zuschnitte mittels der Legeeinheit.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen des Standes der Technik und die Erfindung darstellender Zeichnungen erläutert. Es zeigen schematisch:
1 bis 10 jeweils eine schematische Draufsicht von oben auf eine Fertigungsanlage zum Durchführen des Verfahrens gemäß des Standes der Technik,
11 bis 25 verschiedene Darstellungen der Fertigungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In den 1 bis 10 ist das Verfahren und die Fertigungsanlage zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 10 aus faserverstärkten Matten 1 mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix gemäß dem Stand der Technik der WO 2014/095002 A1 dargestellt um das auch für die vorliegende Erfindung geltende Grundprinzip des Verfahrens zu erläutern. Beide Ablageelement 3, 7 sind in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellagen 2, 8 vorpositionieren zu können. Die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 sind entlang einer Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Hierbei sind die Legeeinheit 4 und die Transporteinheit 6 entlang einer gemeinsamen Linearführungseinheit 20 verfahrbar. Auf den Ablageoberflächen der beiden Ablageelemente 3, 7 ist mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen 2, 8 erzeugbar. Die Legeeinheit 4 weist eine Schneideinheit 22 zur Bereitstellung der Matten 1 auf. Die Schneideinheit ist orthogonal zur Hauptbewegungsrichtung der Linearführungseinheit 20 entlang einer Tragstruktur der Legeeinheit 4 beweglich. Die Matten 1 werden dabei durch Zuschnitte aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band gebildet.
1 zeigt den Schritt (A) des Aufbaus einer ersten Einzellage 2 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement 3 mittels einer Legeeinheit 4.
2 zeigt, dass nach dem erfolgten Aufbau der Einzellage 2 das Auflageelement 3 die erste Einzellage 2 in eine Aufnahmeposition dreht und die an einer Transporteinheit 6 befindliche Greifeinheit 5 sich der ersten Einzellage 2 nähert. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3.
Die 3 zeigt den Schritt (B) des Aufnehmens der ersten Einzellage 2 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4.
Die 4 zeigt den Schritt (C) des Verlagerns der Greifeinheit 5 – und damit der ersten Einzellage 2 – mittels der Transporteinheit 6 und das Ablegen der ersten Einzellage 2 auf einem zweiten Ablageelement 7 durch Trennen der ersten Einzellage 2 von der Greifeinheit 5.
Die 5 zeigt, wie sich die Transporteinheit 6 mit der Greifeinheit 5 wieder dem ersten Auflageelement 3 nähern, während die Legeeinheit 4 den Aufbau der weiteren Einzellage 8 beendet.
Die 6 zeigt einen Teil des Schritts (E) des Aufnehmens der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Hierbei hat das Ablageelement 3 die weitere Einzellage 8 durch eine Drehung um 180° in eine Aufnahmeposition verbracht. Parallel dazu beginnt die Legeeinheit 4 in Schritt (D) erneut mit dem Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3. Durch eine Drehung des zweiten Ablageelements 7 ist die erste Einzellage 2 in Relation zu der Greifeinheit 5 verdreht. Alternativ hätte die Greifeinheit 5 durch eine Drehung die erste Einzellage 2 bereits vor dem Ablegen in Relation zu dem zweiten Ablageelement 7 verdrehen können.
Die 7 zeigt den weiteren Teil des Schritts (E) des Verlagerns der Greifeinheit 5 – und damit der weiteren Einzellage 8 – mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und den Schritt (F) des Ablegens der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Gemäß Schritt (G) erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit einer Fixiereinheit 9 zu einem mehrlagigen Vorgelege 10, wobei die Fixiereinheit 9 mit der Greifeinheit 5 verbunden ist.
Wie vorstehend bereits erläutert, erfolgt parallel weiterhin der Aufbau der weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1 mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der Legeeinheit 4.
Die 8 zeigt das Aufnehmen der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1 zueinander. Das erste Ablageelement 3 ist in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellage 8 vorpositionieren zu können. Das erste Ablageelement 3 hat die weitere Einzellage 8 in einer Winkelorientierung zu der Greifeinheit vorpositioniert.
Die 9 zeigt das Verlagern der Greifeinheit 5 – und damit der weiteren Einzellage 8 – mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7 und das Ablegen der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 und die bereits abgelegte weitere Einzellage 8 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Mit einer Fixiereinheit 9 erfolgt ein Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 zu einem mehrlagigen Vorgelege 10.
Die 10 zeigt das Beenden des Verfahrens und die Entnahme des mehrlagigen Vorgeleges 10 von dem zweiten Auflageelement 7.
Die 11 zeigt nunmehr eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 10 aus faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix, wobei die Matten durch Zuschnitte 1a aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix gebildet sind. Beide Ablageelemente 3 und 7 (vgl. 21) sind in Relation zu der Greifeinheit 5 drehbar, um die Einzellagen 2, 8 vorpositionieren zu können. Die Legeeinheiten 4 und die Transporteinheit 6 sind entlang von quer zueinander angeordneten Linearführungseinheiten 108, 120 verfahrbar. Auf den Ablageoberflächen der beiden Ablageelemente 3, 7 ist mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Einzellagen 2, 8 erzeugbar. An den Kontaktflächen zu den Zuschnitten 1a kann an den Legeeinheiten 4 ebenfalls mittels einer Unterdruckeinheit ein Unterdruck zum ortsfesten Halten der Zuschnitte 1a erzeugt werden. Die Fertigungsanlage weist eine Vakuum-Fördereinrichtung 104 mit wenigstens einem umlaufenden Förderband 103 zum Kontaktieren eines Anfangsabschnittes 102 eines Rohmaterial-Bandes 101 aus. Ferner ist eine ansteuerbare und/oder programmierbare Steuereinheit vorgesehen um nach Ergreifen des Anfangsabschnittes 102 des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes 101 einen Teilabschnitt oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes 101 um eine für den Zuschnitt 1a oder für die Zuschnitte 1a vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes 103 der Vakuum-Fördereinrichtung 104 zu fördern. Die gleiche oder eine separate Steuereinheit dient zum Weiterfördern des Zuschnitts 1a oder der Zuschnitte 1a zu einer für den Zuschnitt 1a oder für die Zuschnitte 1a (individuell) vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband 103. Ferner ist eine Trennvorrichtung 121 zum Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band 101 um den Zuschnitt 1a oder um mehrere Zuschnitte 1a aus dem unidirektional endlos-faserverstärkten Rohmaterial-Band 101 mit einer für den Zuschnitt 1a oder für die Zuschnitte 1a vordefinierten Länge zu erhalten. Die Greifeinheit 5 weist ein Raster aus einer Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken auf, an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist, wobei die Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken entlang einer oder mehrerer Ansaugleiste angeordnet sind an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist. Die einzelnen Ansaugleisten sind voneinander beabstandet, und in den so gebildeten Zwischenräumen sind Durchtrittsspalte für die wenigstens eine Fixiereinheit 9, 9a, 9b, 9c, 9d vorgesehen, um die unterhalb der Greifeinheit 5 befindlichen Einzellagen 2, 8 mit der wenigstens einen Fixiereinheit 9, 9a, 9b, 9c, 9d zu einem mehrlagigen Vorgelege Lage zu fixieren (vgl. auch 24 und 25). Das Bereitstellen des unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes 101 mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix erfolgt mithilfe wenigstens einer Rolle 107, auf welcher das Rohmaterial-Band 101 aufgerollt bereitgestellt ist. Zwischen der Trennvorrichtung 121 und der Rolle 107 ist ein Bandspeicher vorgesehen. Es sind zwei Förderbänder 103 und zwei Legeeinheiten 4 vorgesehen. Die Legeeinheiten sind auf einer quer zur Förderrichtung des wenigstens einen Förderbandes 103 angeordneten Linearführungseinheit 108 angeordnet. Die Vakuum-Fördereinrichtung 104 weist ein erstes Ende 104a und ein zweites Ende 104b zur Kontaktierung des Rohmaterial-Bandes 101 aufweist, wobei das Rohmaterial-Band 101 an beiden Enden 104a, 104b bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird. Das Förderband 103 kann entsprechend in beide Richtungen R1, R2 umlaufend angetrieben werden (vgl. 23). Alternativ kann das Förderband 103 oder das wenigstens eine Förderband 103 aus jeweils wenigstens zwei zueinander parallel verlaufender und unmittelbar aneinander angrenzender Einzelförderbänder 103a, 103b ausgebildet ist (vgl. gepunktete Linie in 23). Die Einzelförderbänder 103a, 103b können entsprechend zueinander gegenläufig umlaufend betreibbar sein oder betrieben werden.
In den 12 bis 14 sind weitere Ansichten der Fertigungsanlage mit den zu 11 entsprechend gleichen und dort beschriebenen Bezugszeichen dargestellt.
In den 15 bis 21 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges 10 dargestellt, umfassend die folgenden Schritte:

(A) Aufbau einer ersten Einzellage 2 aus wenigstens zwei Matten 1a mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement 3 mittels wenigstens einer Legeeinheit 4,
(B) Aufnehmen der ersten Einzellage 2 mit einer Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1, 1a zueinander,
(C) Verlagern der Greifeinheit 5 mittels einer Transporteinheit 6 und Ablegen der ersten Einzellage 2 auf einem zweiten Ablageelement 7 durch Trennen der ersten Einzellage 2 von der Greifeinheit 5,
(D) Aufbau einer weiteren Einzellage 8 aus wenigstens zwei Matten 1a mit einer definierte Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der wenigstens einen Legeeinheit 4,
(E) Aufnehmen der weiteren Einzellage 8 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten 1, 1a zueinander und Verlagern der Greifeinheit 5 mittels der Transporteinheit 6 zu dem zweiten Ablageelement 7,
(F) Ablegen der weiteren Einzellage 8 in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage 8 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen,
(G) Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit wenigstens einer Fixiereinheit 9, 9a, 9b, 9c, 9d zu einem mehrlagigen Vorgelege 10,
(H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G),

1

1a

2

8

1a

4

– Bereitstellen wenigstens eines unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes 101 mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix,
– Kontaktieren eines Anfangsabschnittes 102 des Rohmaterial-Bandes 101 mit wenigstens einem umlaufenden Förderband 103 einer Vakuum-Fördereinrichtung 104,
– Ergreifen des Anfangsabschnittes 102 des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes 101 und fördern eines Teilabschnitts oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes 101 um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes 103 der Vakuum-Fördereinrichtung 104,
– Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band 101 um einen Zuschnitt 1a oder um mehrere Zuschnitte 1a aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band 101 mit einer für den Zuschnitt 1a oder für die Zuschnitte 1a vordefinierten Länge zu erhalten,
– Weiterfördern des Zuschnitts 1a oder der Zuschnitte 1a zu einer für den Zuschnitt 1a oder für die Zuschnitte 1a vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband 103,
– Aufnehmen des Zuschnittes 1a oder der Zuschnitte 1a mittels der Legeeinheit 4 zur Durchführung des Schritts (A) oder (D).

Die 15 zeigt hierbei den Punkt in welchem das Abtrennen der Zuschnitte von dem Rohmaterial-Band 101 erfolgt ist und das Weiterfördern der Zuschnitte 1a zu einer für die Zuschnitte 1a vordefinierten Aufnahmeposition auf dem wenigstens einen Förderband 103 erfolgt. Die vordefinierte Aufnahmeposition hängt von der vorgesehenen Position auf dem Ablageelement 3 in einer ersten Richtung eines zweidimensionalen Rasters ab. Diese Position ist in 16 erreicht. In der 17 sind die Legeeinheiten 4 über die Zuschnitte 1a auf dem Förderband 103 gefahren und das Vakuum der Vakuum-Förderbandeinheit 104 wird gelöst und gleichzeitig ein Unterdruck an der Kontaktfläche der Legeeinheiten 4 erzeugt um die Zuschnittes 1a mittels der Legeeinheit 4 zur Durchführung des Schritts (A) oder des Schritts (D) aufzunehmen. In 18 ist erkennbar, dass die Legeeinheiten 4 zu ihren vordefinierten Ablagepositionen der aufgenommenen Zuschnitte 1a auf dem Ablageelement 3 gefahren sind zum Aufbau einer ersten Einzellage 2 aus wenigstens zwei Zuschnitten 1a mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement 3 mittels der wenigstens einen Legeeinheit 4. Gleichzeitig wurden bereits die nächsten Zuschnitte 1a erzeugt und zu ihrer vordefinierten Aufnahmeposition auf und mit dem Förderband 103 gefahren. In 19 sind die Legeeinheiten 4 wieder über die Förderbänder 103 gefahren, um analog die nächsten Zuschnitte 1a der Einzellage 2 aufzunehmen. In 20 fahren die Legeeinheiten 4 wieder zu ihren Ablagepositionen für diese neuen Zuschnitte 1a. In 21 ist nunmehr der Aufbau der Einzellage 2, oder in analoger Weise der weiteren Einzellage 8, auf dem ersten Ablageelement 3 abgeschlossen. Nunmehr fährt die Transporteinheit 6 die Greifeinheit 5 über das erste Ablageelement 5 zum Aufnehmen der ersten Einzellage 2 mit der Greifeinheit 5 unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Zuschnitte 1a zueinander. Dann erfolgt das Verlagern der Greifeinheit 5 mittels der Transporteinheit 6 und das Ablegen der Einzellage 2, oder der weiteren Einzellage 8, in einer definierten Position auf die erste Einzellage 2 und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage 8 durch Trennen der weiteren Einzellage 8 von der Greifeinheit 5, so dass sich die Einzellagen 2, 8 zumindest bereichsweise überlappen. Nachfolgend oder gleichzeitig erfolgt das Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit wenigstens einer Fixiereinheit 9, 9a, 9b, 9c, 9d zu einem mehrlagigen Vorgelege 10 und gegebenenfalls das Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G). In 22 ist zur besseren Darstellung die Greifeinheit 5 entfernt, so dass das zweite Ablageelement 7 sichtbar ist. Hierauf ist nunmehr das mehrlagige Vorgelege 10 erkennbar. Die in 21 ersichtliche letzte weitere Einzellage 8 ist gegenüber den anderen Einzellagen 2, 8 in ihrer Winkelorientierung gedreht. Dies erfolgte durch eine Drehung der bereits abgelegten und/oder Lagefixierten Einzellagen 2, 8 durch die Drehung des zweiten Ablageelementes 7 oder kann alternativ durch eine Drehung des ersten Ablagelementes 3 vor der Aufnahme der Einzellage 8 durch die Greifeinheit 5 erfolgt sein.
Die 23 zeigt in einem Detailausschnitt die Vakuum-Fördereinrichtung 104 in einer möglichen Modikfikation. Das Bereitstellen des unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes 101 mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix erfolgt mithilfe zweier Rollen 107, auf welcher das Rohmaterial-Band 101 (hier nicht näher dargestellt) aufgerollt bereitgestellt ist. Die Vakuum-Fördereinrichtung 104 weist ein erstes Ende 104a und ein zweites Ende 104b zur Kontaktierung des Rohmaterial-Bandes 101 auf, wobei das Rohmaterial-Band 101 an beiden Enden 104a, 104b bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird. Das Förderband 103 ist hierfür in beide Richtungen R1, R2 umlaufend betreibbar. Das Förderband 103 kann alternativ oder ergänzend aus jeweils wenigstens zwei zueinander parallel verlaufender und unmittelbar aneinander angrenzender Einzelförderbänder 103a, 103b ausgebildet sein. Die Einzelförderbänder 103a, 103b können zueinander gegenläufig umlaufend betreibbar sein oder betrieben werden.
Die in 24 und 25 gezeigte Greifeinheit 5 weist ein Raster aus einer Vielzahl von Ansaugöffnungen auf, an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist, wobei die Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken entlang mehrerer Ansaugleiste (in 24 geschnitten dargestellt) angeordnet sind an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist. Die einzelnen Ansaugleisten sind voneinander beabstandet, und in den so gebildeten Zwischenräumen sind Durchtrittsspalte 130 für die Fixiereinheiten 9, 9a, 9b, 9c, 9d, in diesem Fall Ultraschallschweißeinheiten, vorgesehen.
Die 25 zeigt zum Teil schematisch, dass die Ansaugleisten eine ebene Fläche mit der Vielzahl von Ansaugöffnungen bilden, wobei die Fläche in wenigstens vier aneinander angrenzende oder zusammenhängende Sektoren 5a, 5b, 5c, 5d aufgeteilt ist, wobei für jeden Sektor eine eigene Fixiereinheit 9a, 9b, 9c, 9d vorgesehen oder zugeordnet ist. Durch die Sektionalisierung und das Vorsehen mehrerer Fixiereinheiten 9a, 9b, 9c, 9d lässt sich das Lagefixieren der Einzellagen 2, 8 mit der wenigstens einen Fixiereinheit 9a, 9b, 9c, 9d zu einem mehrlagigen Vorgelege 10 wesentlich schneller durchführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1315613 B1 [0001]
WO 2014/095002 A1 [0003, 0039]
EP 2520520 A1 [0023]
DE 102008044919 A1 [0023]
EP 1931581 B1 [0023]
EP 1533263 B1 [0023]
EP 1533255 B1 [0023]
EP 1127978 B1 [0023]
DE 3433497 A1 [0023]
EP 0045436 B1 [0023]
DE 8017421 U1 [0023]
DE 6925828 U1 [0023]
DE 1957798 A1 [0023]
DE 1928727 A1 [0023]
DE 1929183 A1 [0023]
DE 1923440 A1 [0023]
DE 1531946 A1 [0023]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines mehrlagigen Vorgeleges (10) aus faserverstärkten Matten (1) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix, umfassend die folgenden Schritte: (A) Aufbau einer ersten Einzellage (2) aus wenigstens zwei Matten (1, 1a) mit einer definierten Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf einem ersten Ablageelement (3) mittels wenigstens einer Legeeinheit (4), (B) Aufnehmen der ersten Einzellage (2) mit einer Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1, 1a) zueinander, (C) Verlagern der Greifeinheit (5) mittels einer Transporteinheit (6) und Ablegen der ersten Einzellage (2) auf einem zweiten Ablageelement (7) durch Trennen der ersten Einzellage (2) von der Greifeinheit (5), (D) Aufbau einer weiteren Einzellage (8) aus wenigstens zwei Matten (1, 1a) mit einer definierte Orientierung und einem definierten Abstand zueinander auf dem ersten Ablageelement (3) mittels der Legeeinheit (4), (E) Aufnehmen der weiteren Einzellage (8) mit der Greifeinheit (5) unter Beibehaltung der Orientierung und des Abstandes der Matten (1, 1a) zueinander und Verlagern der Greifeinheit (5) mittels der Transporteinheit (6) zu dem zweiten Ablageelement (7), (F) Ablegen der weiteren Einzellage (8) in einer definierten Position auf die erste Einzellage (2) und/oder eine bereits abgelegte weitere Einzellage (8) durch Trennen der weiteren Einzellage (8) von der Greifeinheit (5), so dass sich die Einzellagen (2, 8) zumindest bereichsweise überlappen, (G) Lagefixieren der Einzellagen (2, 8) mit wenigstens einer Fixiereinheit (9, 9a, 9b, 9c, 9d) zu einem mehrlagigen Vorgelege (10), (H) Beenden des Verfahrens oder Fortführen des Verfahrens mit mindestens einem der Schritte (D) bis (G), wobei die Matten (1) durch Zuschnitte (1a) aus einem unidirektional endlosfaserverstärkten Band mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen oder duroplastischen Matrix gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass vor, nach und/oder während des Aufbaus der Einzellagen (2, 8) ein oder mehrere Zuschnitte (1a) zur Aufnahme mittels der wenigstens einen Legeeinheit 4 gemäß der folgenden weiteren Schritte bereitgestellt werden: – Bereitstellen wenigstens eines unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes (101) mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix, – Kontaktieren eines Anfangsabschnittes (102) des Rohmaterial-Bandes (101) mit wenigstens einem umlaufenden Förderband (103) einer Vakuum-Fördereinrichtung (104), – Ergreifen des Anfangsabschnittes (102) des wenigstens einen Rohmaterial-Bandes (101) und fördern eines Teilabschnitts oder mehrerer Teilabschnitte des Rohmaterial-Bandes (101) um eine für den Zuschnitt oder für die Zuschnitte vorbestimmte Wegstrecke mittels des Förderbandes (103) der Vakuum-Fördereinrichtung (104), – Abtrennen des geförderten Teilabschnittes oder der geförderten Teilabschnitte von dem wenigstens einen Rohmaterial-Band (101) um einen Zuschnitt (1a) oder um mehrere Zuschnitte (1a) aus dem unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Band (101) mit einer für den Zuschnitt (1a) oder für die Zuschnitte (1a) vordefinierten Länge (X, Y) zu erhalten, – Weiterfördern des Zuschnitts (1a) oder der Zuschnitte (1a) zu einer für den Zuschnitt (1a) oder für die Zuschnitte (1a) vordefinierten Aufnahmeposition (105, 106) auf dem wenigstens einen Förderband (103), – Aufnehmen des Zuschnittes (1a) oder der Zuschnitte (1a) mittels der Legeeinheit (4), insbesondere zur Durchführung des Schritts (A) oder (D).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des unidirektional endlosfaserverstärkten Rohmaterial-Bandes (101) mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix unmittelbar nach einem Herstellungsschritt des Rohmaterial-Bandes (101) oder mithilfe wenigstens einer Rolle (107), auf welcher das Rohmaterial-Band (101) aufgerollt bereitgestellt ist, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Förderbänder (103) und/oder wenigstens zwei Legeeinheiten (4) vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Legeeinheit (4) oder die Legeeinheiten (4) auf einer, oder jeweils auf einer, quer zur Förderrichtung des wenigstens einen Förderbandes (103) angeordneten Linearführungseinheit (108) angeordnet ist oder sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuum-Fördereinrichtung (104) ein erstes Ende (104a) und ein zweites Ende (104b) zur Kontaktierung des Rohmaterial-Bandes (101) aufweist, wobei das Rohmaterial-Band (101) an beiden Enden (104a, 104b) bereitstellbar ist oder bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderband (103) oder das wenigstens ein Förderband (103) aus jeweils wenigstens zwei zueinander parallel verlaufender und unmittelbar aneinander angrenzender Einzelförderbänder (103a, 103b) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelförderbänder (103a, 103b) zueinander gegenläufig umlaufend betreibbar sind oder betrieben werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinheit (5) ein Raster aus einer Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken aufweist, an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist, wobei die Vielzahl von Ansaugöffnungen und/oder Saugglocken entlang einer oder mehrerer Ansaugleiste angeordnet sind an welche ein Über- oder ein Unterdruck anlegbar ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Ansaugleisten voneinander beabstandet sind, und in den so gebildeten Zwischenräumen Durchtrittsspalte für die wenigstens eine Fixiereinheit (9, 9a, 9b, 9c, 9d) vorgesehen sind, um die unterhalb der Greifeinheit (5) befindlichen Einzellagen (2, 8) mit der wenigstens einen Fixiereinheit (9, 9a, 9b, 9c, 9d) zu einem mehrlagigen Vorgelege Lage zu fixieren.
Fertigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.