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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung für flexible
mattenartige Materialstücke mit den Merkmalen im Oberbegriff
des Hauptanspruchs.
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Derartige
mattenartige Materialstücke bestehen aus Faserwerkstoffen,
z. B. kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen, die zur
Herstellung von leichtgewichtigen Bauteilen mit hohen Festigkeitseigenschaften
in verschiedensten technischen Bereichen, z. B. im Flugzeug- oder
Fahrzeugbau, Verwendung finden. Die mattenartigen Materialstücke
sind konturiert und werden aus einem bahnartigen Ausgangsmaterial
in einer Schneidstation ausgeschnitten, wobei durch die Konturenbeschneidung
Verschnitt anfällt. Diese ausgeschnittenen Materialstücke
sind empfindlich und lassen sich nur schwer manuell handhaben, insbesondere
wenn der Faserwerkstoff mit einem Kunststoffharz getränkt
ist.
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Aus
der
DE 699 23 876
T2 ist eine Handhabungseinrichtung mit einem Handlingwerkzeug
bekannt. Sie dient zum Übertragen von vereinzelten und
auf einem Förderband bereit gestellten Klebebandstücken
an einen platten- oder scheibenförmigen Körper.
Die Handhabungseinrichtung weist einen Gelenkarmroboter mit einem
Handlingwerkzeug auf, das aus einer frei drehbaren Gummiwalze besteht,
die an einem Federarm ausweichfähig gehalten und über
diesen mit der Roboterhand verbunden ist. An dem aus einem Siliziumgummi
bestehenden Walzenmantel haften die Klebebänder an. Hierzu wird
die Walze vom Roboter auf das Förderband gesetzt und über
das Klebeband abgerollt, das dabei am Gummimantel anhaftet. Auf
dem platten- oder scheibenförmigen Körper wird
die Gummiwalze anschließend wieder abgerollt, wobei das
Klebeband durch die größere Adhäsion
an der Körperoberfläche haften bleibt.
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Die
US 4,317,694 A befasst
sich ebenfalls mit einer Auftragevorrichtung für Klebebänder,
die auf einer Spule bereit gestellt und von dieser abgezogen werden.
In der Entgegenhaltung wird als Stand der Technik eine Ausführung
mit einer drehbaren Saugwalze diskutiert, die einen mehreckigen
gelochten Mantel hat, auf den das von der externen Spule zugeführte
Klebeband aufgelegt und bei der Walzendrehung mitgenommen wird.
An einer Schneideinrichtung wird das Band in kleinere Bandstücke
zerteilt, die an einer anderen Stelle von einer Fördereinrichtung
mit heb- und senkbaren Platten abgenommen werden. Die in der Entgegenhaltung
beanspruchte Ausführungsform befasst sich mit einem mehrlagigen
Klebeband, das am Rücken ein Trägerband aufweist,
welches nach dem Applizieren des Klebestreifens auf dem Untergrund
abgelöst und mit einer zweiten Spule wieder aufgewickelt
wird.
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Eine
weitere Bandauftragevorrichtung der genannten Art mit einem mehrlagigen
Klebeband ist aus der
DE
696 29 346 T2 bekannt.
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Die
DE 100 35 237 C1 zeigt
eine Handhabungseinrichtung für flexible mattenartige Materialstücke
aus Faserwerkstoffen, bei der mehrere Handhabungsgeräte
mit jeweils einem mehrachsigen Industrieroboter und einem leistenförmigen
Greifer zum Aufnehmen und Abgeben der Materialstücke vorhanden
sind. Mit den Greifleisten wird jeweils ein Abschnitt einer Fasermattenbahn
auf der gesamten Bahnbreite flächig und in ebener Lage
erfasst. Mehrere Greiferleisten können mit gegenseitigem
Abstand zu einem Greiferrahmen verbunden sein. Alternativ können
zwei Industrieroboter mit jeweils einer Greiferleiste zusammen wirken
und gemeinsam mit ihren Greiferleisten einen Mattenbahnabschnitt
fassen und handhaben. Mit dem Greiferrahmen oder der gemeinsam gehandhabten
einzelnen Greiferleisten wird der Bahnabschnitt mit einer im wesentlichen ebenen
und ausgebreiteten Lage gegriffen und gehandhabt.
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Die
DE 40 26 969 A1 zeigt
eine Zuschneidevorrichtung für vorimprägniertes
Fasermaterial, welches in Rollenform an einem Zuschneidetisch bereit gestellt
wird. An diesem Zuschneidetisch befindet sich eine längs
verfahrbare Rollenhalterung mit einer integrierten Schneidvorrichtung.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum verbesserten
Handhaben solcher Materialstücke aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
beanspruchte Handhabungstechnik hat den Vorteil, dass aus einer
Materialbahn mehrere Materialstücke gemeinsam ausgeschnitten
werden können, wodurch der Verschnitt minimiert und der Ausgangswerkstoff
bestmöglich ausgenutzt werden kann. Die verschiedenen Materialstücke
können beliebige und dabei auch unregelmäßige
Umfangskonturen haben. Zur Verschnittminimierung können
Materialstücke auch mit ihren Außenkonturen in
der Art eines Puzzels miteinander vernestet sein. Durch diese Schnittoptimierung
können die häufig länglichen Materialstücke
Schräglagen einnehmen und mit ihren Längserstreckungen
von der Materialbahnachse abweichen und auch untereinander unterschiedliche Winkellagen
haben.
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Mit
der beanspruchten Handhabungstechnik können derartige vernestete
Materialstücke gezielt aus der Vorlage auf dem Schneidtisch
entnommen und zu einer Ablage auf einem separaten Ablagetisch oder
ggf. auch gleich in einer Auflegestation in einer dortigen Form
transportiert und dort wiederum gezielt abgegeben werden. Die Aufnahme,
der Transport und die Abgabe werden durch einen Wickelprozess vereinfacht
und beschleunigt, wobei die biegeelastischen und beschädigungsempfindlichen
Materialstücke besonders schonend und insbesondere faltenfrei gehandhabt
und transportiert werden können.
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Das
Aufwickeln hat in Verbindung mit einem mehrachsigen Manipulator,
insbesondere einem Gelenkarmroboter, den Vorteil, dass eine Aufnahme
der Materialstücke trotz unterschiedlichster Winkellagen und
Konturformen möglich ist. Der Manipulator kann hierfür
ein Handlingwerkzeug in der jeweils am besten geeigneten Lage und
Ausrichtung halten und führen.
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Mit
dem Manipulator können auch die Transportprozesse sicher
durchgeführt werden. Ein solcher Manipulator oder Gelenkarmroboter
bietet ferner Vorteile bei der Abgabe der Materialstücke
und dem dabei erfolgenden Abwickeln, insbesondere wenn hierbei Materialstückstapel
für eine z. B. manuelle Weiterverarbeitung gebildet werden.
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Mit
ein oder mehreren Manipulatoren oder Robotern und der hierfür
eingesetzten hochflexiblen Steuertechnik ist es möglich,
die Materialstücke in unterschiedlichsten Reihenfolgen
aus der Bahnvorlage aufzunehmen und bei der Abgabe Materialstückstapel
mit einer bestimmten Stapelreihenfolge zu bilden, die besonders
ergonomisch, fertigungs- oder prozessgünstig ist oder die
andere Vorteile hat oder anderen Vorgaben folgt. Die Aufnahmereihenfolge kann
durch die Abgabereihenfolge bestimmt werden.
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Eine
Stapelbildung hat insbesondere Vorteile, wenn Materialstücke
aus unterschiedlichen Materialbahnen und unterschiedlichen Werkstoffen
verarbeitet werden sollen. Hierbei kann eine Handhabungseinrichtung
mehrere Schneidstationen bedienen und auf einem gemeinsamen Ablagetisch
mehrere werkstoffreine Materialstückstapel bilden.
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Das
Handlingwerkzeug kann eine Aufnahmeeinrichtung oder eine Selektionseinrichtung
aufweisen, mit der die Aufnahmebereichsgröße verändert
und auf die Größe des jeweiligen Materialstückendes
eingestellt werden kann. Diese Größenanpassung
erleichtert die gezielte Aufnahme der Materialstücke, wobei
letztere beliebige Formen und Größen haben können.
Durch die selektive Materialaufnahme ist es möglich, das
gewünschte Materialstück direkt aus der Bahnvorlage
aufzunehmen und aufzuwickeln, wobei der umgebende Verschnitt und
auch die anderen benachbarten Materialstücke liegen bleiben
können. Hierdurch ist eine Vereinzelung der Materialstücke
während der Aufnahme möglich.
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Je
nach Ausgestaltung der Materialstücke und der Stückgeometrie
können auch mehrere benachbarte Materialstücke
gleichzeitig aufgenommen und aufgewickelt werden. Ihre Abgabe kann
ebenfalls gleichzeitig oder zeitversetzt erfolgen.
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Für
die Aufnahme der Materialstückenden und für das
Anwickeln ist es vorteilhaft, eine steuerbare Saugeinrichtung mit
einer veränderlichen Saugbereichsgröße
einzusetzen. Hierfür sind in den Unteransprüchen
verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen angegeben.
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Die
Materialstücke lassen sich bei der Abgabe und beim Abwickeln
in geeigneter Weise positionieren und dabei auch in ihrer Lage stabilisieren,
was besonders bei einer Stapelbildung von Vorteil ist. Hierfür
ist es günstig, ein inertes Fluid in geringer Menge einzusetzen,
welches beim Abwickeln bzw. bei der Ablage verteilt wird und dabei
eine dünne Haftschicht bilden kann, die ein seitliches
Abschieben der Materialstücke verhindert.
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Beim
Auf- und Abwickeln ist es günstig, den Wickelträger
einerseits entlang des Materialstücks durch eine Vorschubbewegung
des Manipulators zu bewegen und gleichzeitig den Wickelträger
drehend anzutreiben. Die Dreh- und Vorschubgeschwindigkeiten können
aufeinander abgestimmt sein, so dass der Wickelvorgang optimal ablaufen
kann und ungünstige Einwirkungen auf das Materialstück
vermieden oder zumindest eingeschränkt werden können. Insbesondere
können innere Spannungen und Verzüge im Materialstück
vermieden oder reduziert werden.
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Der
Auf- und Abwickelvorgang kann beschleunigt werden, wenn der Schneidtisch
und/oder der Ablagetisch mitbewegt wird. Dies ist z. B. bei der Ablage
durch eine den Manipulatorvorschub entgegengesetzt gerichtete Tischbewegung
möglich. Der Ablagetisch kann hierfür ein oder
mehrere Bewegungsachsen haben und z. B. als x-y-Tisch ausgebildet
sein.
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Durch
die überlagerten Vorschubgeschwindigkeiten kann die Abwickelgeschwindigkeit
erhöht werden. Diese Erhöhung kann sich in einer
Verkürzung der Taktzeit und in einer Beschleunigung des Handhabungsprozesses äußern.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1:
eine schematische Draufsicht auf eine Bearbeitungsanlage für
Materialbahnen und flexible mattenartige Materialstücke
aus Faserwerkstoffen mit mehreren Schneidstationen, einer gemeinsamen
Handhabungseinrichtung und einer Auflegestation,
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2 und 3:
eine Handlingeinrichtung in Seitenansicht und Draufsicht gemäß Pfeil
III von 2,
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4:
eine Seitenansicht der Handlingeinrichtung gemäß Pfeil
IV von 2 beim Aufnehmen und Abwickeln,
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5:
eine Seitenansicht gemäß 4 beim Abwickeln
und
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6:
eine perspektivische Ansicht eines Handhabungsgeräts mit
einem Roboter und einem Handlingwerkzeug.
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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung (15) und
ein Handhabungsverfahren für flexible mattenartige Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11). Die
Erfindung betrifft ferner eine Bearbeitungsanlage (1) mit
ein oder mehreren Handhabungseinrichtungen (15).
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1 zeigt
eine Bearbeitungsanlage (1) für ein oder mehrere
Materialbahnen (3) aus einem flexiblen mattenartigen Material,
welches aus Faserwerkstoffen besteht. Die Faserwerkstoffe können
in gewebter oder ungewebter Form als Vliesbahnen oder Gewebebahnen
vorliegen. Der Faserwerkstoff kann auch mit einem Verbindungsmittel,
insbesondere einem Kunststoffharz versehen und z. B. getränkt oder
imprägniert oder in einer Füllmasse eingebettet sein.
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Die
dünne und biegeelastische Materialbahn (3) kann
insbesondere aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff,
nachfolgend als CFK bezeichnet, bestehen. Hier sind hochfeste Kohlenstofffasern in
ein oder mehreren Lagen als Verstärkung in einer Matrix
aus einem geeigneten Kunststoff, z. B. aus einem Duromer, eingebettet.
Das Duromer kann z. B. ein Epoxidharz oder ein Thermoplast sein.
Die Matrix kann alternativ aus anderen Werkstoffen, z. B. aus Keramik
bestehen, was für besonders hochbelastete Bauteile bedeutsam
ist. Bei CFK haben z. B. die Fasern im wesentlichen die gleiche
Ausrichtung. Derartige Fasermaterialien werden in unterschiedlichen technischen
Bereichen, z. B. im Flugzeug- und Fahrzeugbau, eingesetzt.
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In
der nachfolgend erläuterten Weise werden aus der Materialbahn
(3) mehrere Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
ausgeschnitten und zur Herstellung von Formteilen verwendet, die
in einer Auflegestation (13) durch Schichtaufbau hergestellt
werden. Die Materialbahn (3) kann an der Ober- und/oder
Unterseite mit einer ablösbaren Schutzfolie versehen sein.
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Die
Bearbeitungsanlage (1) weist ein oder mehrere Schneidstationen
(2) auf. In der gezeigten Ausführungsform sind
z. B. zwei Schneidstationen (2) vorhanden, auf denen z.
B. unterschiedliche Materialbahnen (3) laufen, die sich
hinsichtlich der Bahnengröße, des Werkstoffs oder
anderer Eigenschaften unterscheiden können.
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Die
Materialbahnen (
3) können in beliebiger Form,.
z. B. in den zeichnerisch in
1 angedeuteten
Coils angeliefert werden. Die Schneidstationen (
2) weisen
eine Abzugeinrichtung auf, mit der die Materialbahn (
3)
vom Coil abgezogen und auf einen Schneidtisch (
5) gezogen
werden kann, wo sie im Stand oder während einer Vorschubbewegung
in Pfeilrichtung von
1 bearbeitet werden kann. Aus der
breiten Materialbahn (
3) werden mehrere Materialstücke
(
6,
7,
8,
9,
10,
11)
ausgeschnitten. Hierfür hat jede Schneidstation (
2)
mindestens ein geeignetes Trennwerkzeug (
4), welches z.
B. einen mehrachsig beweglichen Trennkopf aufweisen kann. Das Ausschneiden
kann mittels ein oder mehrerer Laserstrahlen, mittels ein oder mehrerer
unter Hochdruck stehender Fluidstrahlen, mit Schneidmessern oder auf
beliebig andere Art und Weise erfolgen. Die Schneidstation (
2)
kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein, z. B. entsprechend
der
DE 40 26 969 A1 .
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Das
Trennwerkzeug (4) schneidet aus der Materialbahn (3)
in einem festgelegten Schnittbereich mehrere Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
aus, welche beliebige Außenkonturen haben können.
Um den Verschnitt (12) möglichst klein zu halten,
werden die Zuschnitte derart optimiert, dass die Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
weitestgehend mit ihren Außenkonturen ineinander vernestet
werden. Es ergibt sich das in 1 gezeigte
puzzelartige Schnittbild. Die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
können beliebige Proportionen haben. Sie können
insbesondere eine längliche Form besitzen, die sich in
Faserlängsrichtung oder quer dazu erstrecken kann. Je nach Schnittbild
können die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
längs der Vorschubrichtung und Längsachse der Materialbahn
(3) ausgerichtet sein. Sie können alternativ eine
Schrägausrichtung oder auch eine Querausrichtung haben.
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Am
Ende des Schneidtisches (5) werden die vernesteten Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
in einem ebenen Bahnabschnitt bereit gestellt. Sie können
dabei in Ruhe sein oder in Pfeilrichtung vorwärts transportiert
werden.
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Die
Bearbeitungsanlage (1) weist mindestens eine der Schneidstation
(2) zugeordnete mechanische und automatisierte Handhabungseinrichtung (15)
auf. In der gezeigten Ausführungsform von 1 ist
eine gemeinsame Handhabungseinrichtung (15) für
beide Schneidstationen (2) vorgesehen. Die Handhabungseinrichtung
(15) besitzt ein oder mehrere Handhabungsgeräte
(16). In der gezeigten Ausführungsform sind zwei
Handhabungsgeräte (16) vorhanden. Alternativ ist
die Anordnung von einem Handhabungsgerät oder von mehr
als zwei Handhabungsgeräten (16) möglich.
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Die
Handhabungseinrichtung (15) oder die Bearbeitungsanlage
(1) kann ferner ein oder mehrere Ablagetische (17)
aufweisen. Die Handhabungseinrichtung (15) nimmt die Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
aus dem Schnittbild gezielt auf und transportiert sie zum Ablagetische
(17) oder zu einer Auflegestation (13). In der
gezeigten Ausführungsform werden die Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
auf einem solchen Ablagetisch (17) abgelegt und können
dann von einem Werker (14) aufgenommen und in der Auflegestation
(13) zur Bildung eines Formkörpers, z. B. eines
Flugzeugflügels, einer Fahrzeug- oder Flugzeugtür
oder dgl., weiterverarbeitet werden. In Abwandlung der gezeigten
Ausführungsform können die Handhabungsgeräte
(16) die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
direkt zur Auflegestation (13) bringen und dort in eine
Form einlegen. Auf einen Ablagetisch (17) kann dabei verzichtet
werden. Bei der Bildung des Formkörpers (nicht dargestellt)
können die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
in mehreren Lagen und mit ggf. unterschiedlichen Orientierungen übereinander
gelegt werden, wobei die Lagenzahl und -anordnung sich nach den
Belastungs- und Festigkeitsanforderungen des Formkörpers
richten können.
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Das
Handhabungsgerät (16) besteht aus einem mehrachsigen
Manipulator (18) mit einem Handlingwerkzeug (21),
welches zum Aufwickeln und Abwickeln von mindestens einem Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
dient.
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Der
Manipulator (18) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein und rotatorische und/oder translatorische Achsen aufweisen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er als mehrachsiger Gelenkarmroboter
ausgebildet, der z. B. sechs rotatorische Achsen aufweist. 6 verdeutlicht
diese Ausführungsform, bei der der Robotergrundkörper aus
einem Sockel und einer darauf drehbar gelagerten Schwinge besteht,
an deren oberem Ende ein Ausleger schwenkbar angeordnet ist, der
am vorderen Ende eine mehrachsige Roboterhand (19) und am
rückwärtigen Ende mehrere Motoren für
die Handachsen trägt. Die Roboterhand (19) hat
z. B. drei rotatorische Achsen. Alternativ kann sie auch zwei Handachsen
besitzen. In weiterer Abwandlung kann der Gelenkarmroboter ein oder
mehrere Zusatzachsen, z. B. translatorische oder rotatorische Fahrachsen
besitzen. Ferner kann der Manipulator ein oder mehrere translatorische
Bewegungsachsen besitzen. In der gezeigten Ausführungsform
sind die Manipulatoren (18) flurgebunden. Sie können
alternativ an einem Gestell seitlich oder über Kopf aufgehängt sein.
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Der
Arbeitsbereich der ein oder mehreren Manipulatoren (18)
umfasst den Endbereich des Schneidtischs (5) mit den hier
bereit gestellten Materialstücken (6, 7, 8, 9, 10, 11)
und den anschließenden Ablagetisch (17) sowie
ggf. auch die Auflegestation (13). Die Manipulatoren (18)
haben ein oder mehrere Robotersteuerungen (20). In den
Steuerungen (20) können weitere Achsen und Antriebe
angeschlossen werden, die z. B. im Handlingwerkzeug (21)
oder am Ablagetisch (17) angeordnet sind. Die Position
und Orientierung der Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
im Schnittbild und auf dem Schneidtisch (5) wird der Robotersteuerung
(20) in geeigneter Weise mitgeteilt, z. B. über
eine Schnittstelle der Schneidstation (2) und/oder über
eine geeignete Sensorik zur Erfassung der tatsächlichen
Position und Orientierung, z. B. per Kamera und Bildauswertung.
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In
der gezeigten Ausführungsform ist ein einzelner Ablagetisch
(17) vorhanden, auf dem die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
einzeln nebeneinander oder wie in der gezeigten Ausführungsform
in ein oder mehreren Materialstückstapeln (42) übereinander
angeordnet sein können. Der Ablagetisch (17) hat
eine ebene Auflagefläche und kann Führungs- oder
Fixiermittel für die Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
oder die Materialstückstapel (42) aufweisen, z.
B. in Form einer Saugeinrichtung unter der Auflagefläche.
Der Ablagetisch (17) kann starr angeordnet sein. In der
gezeigten Ausführungsform hat er ein oder mehrere Bewegungsachsen.
Z. B. kann er als x-y-Tisch ausgebildet sein und zwei horizontale
und translatorische Bewegungsachsen in x- und y-Richtung haben.
Zusätzlich kann eine Hubeinrichtung in z-Richtung vorhanden
sein. In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann
nur eine Verschiebeachse, z. B. in die x- oder y-Richtung vorhanden
sein. Für die Bewegungsachsen gibt es jeweils einen zugehörigen
Tischantrieb (41), der in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein kann und der insbesondere mit der Robotersteuerung (20)
verbunden sein kann und dort als Zusatzachse gemeinsam mit den Robotern
(18) gesteuert wird.
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2 bis 5 zeigen
das Handlingwerkzeug (21) in verschiedenen Ansichten. Das
Handlingwerkzeug (21) besitzt jeweils ein Gestell (22),
welches über einen geeigneten Anschluss (23) mit
der Roboterhand (19) lösbar verbunden werden kann. Hierfür
kann eine fernsteuerbare oder automatische Wechselkupplung vorhanden
sein. Hierbei können auch Betriebsmittelverbindungen, z.
B. eine Energieversorgung und insbesondere eine Zuführung
von Signal- und Leistungsströmen, gekoppelt werden.
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Das
Gestell (22) kann vom Manipulator (18) mehrachsig
im Raum bewegt werden und insbesondere von der Roboterhand (19)
mehrachsig gedreht und geschwenkt werden. In der gezeigten Ausführungsform
hat das Gestell (22) eine bügelartige Form und
besteht aus dem Querträger mit dem Anschluss (23)
und zwei hiervon endseitig abstehenden Stützarmen, an denen
mindestens ein Wickelträger (24) drehbar gelagert
ist. Der Wickelträger (24) kann in beliebig geeigneter
Weise ausgebildet sein und dient zur Bildung und Aufnahme von ein
oder mehreren Wickeln (27) aus jeweils einem Materialstück
(6, 7, 8, 9, 10, 11).
In der gezeigten Ausführungsform ist der Wickelträger
(24) als im wesentlichen zylindrische Rolle (28)
ausgebildet, die an ihren beiden Enden im Gestell und an den Stützarmen
drehbar gelagert ist. Der Rollenmantel (29) besteht aus
einem haft- und reibungsarmen Material, z. B. PTFE. Die Mantelbeschaffenheit
verhindert ein unerwünschtes Anhaften oder Ankleben von
Teilen der Materialbahn (3), insbesondere des Verschnitts
(12).
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Der
Wickelträger (24) bzw. die Rolle (28)
ist drehbar angetrieben und weist hierfür einen steuerbaren
Drehantrieb (31) auf, der sich am Gestell (22) abstützt.
Der Drehantrieb (31) kann mit der Robotersteuerung (20)
verbunden sein und wird dort als Zusatzachse gemeinsam mit den Robotern
(18) gesteuert.
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Am
Wickelträger (24) können ein oder mehrere
Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
aufgewickelt und dabei vom Schneidtisch (5) gelöst
werden. Zum Anwickeln bzw. für die Wickelbildung ist eine
steuerbare Aufnahmeeinrichtung (32) für ein Materialstückende
(35) vorgesehen. Die Aufnahmeeinrichtung (32)
kann eine Selektionseinrichtung (33) zur Einstellung der
Größe des Aufnahmebereichs (34) und zur Anpassung
an die Größe des Materialstückendes (35)
aufweisen. Hierbei kann sie insbesondere die in Richtung der Rollenachse
(30) sich erstreckende Breite des Aufnahmebereichs (34)
an die Breite des Materialstückendes (35) angepasst
werden. Je nach Winkellage des aufzunehmenden Materialstücks
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
kann der Wickelträger (24) mit dem Gestell (22)
von der Roboterhand (19) in die geeignete Ausrichtung gedreht
werden.
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Mit
der Selektionseinrichtung (33) ist möglich, aus
dem Schnittbild auf dem Schneidtisch (5) gezielt das gewünschte
Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
und dessen Materialstückende (35) aufzunehmen
und die benachbarten Bahnbereiche liegen zu lassen. Insbesondere
kann verhindert werden, dass der umgebende Verschnitt (12)
oder ein anderes, nicht gewünschtes Materialstück
(6, 7, 8, 9, 10, 11) aufgenommen
und ebenfalls aufgewickelt wird.
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Die
Aufnahmeeinrichtung (32) und die Selektionseinrichtung
(33) können in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. In der gezeigten Ausführungsform sind sie als steuerbare
Saugeinrichtung (36) ausgebildet, die eine veränderliche
Saugbereichsgröße haben kann. Die Saugeinrichtung
(36) ist am Wickelträger (24) angeordnet
und weist ein oder mehrere im oder am Rollenmantel (29)
angeordnete Saugleisten (37) auf. Die Saugleisten (37)
können sich in der gezeigten Weise in gerader Richtung und
längs der Rollenachse (30) erstrecken. Sie können
alternativ schräg angeordnet sein und z. B. in einer teilweisen
oder umlaufenden Spirallinie am Rollenmantel (29) angeordnet
sein.
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Für
die vorerwähnte Selektion und zur Schaffung veränderlicher
und einzeln steuerbarer Saugbereichsgrößen ist
die Saugleiste (37) in mehrere schaltbare Saugabschnitte
(39) unterteilt. Die Saugleiste (37) kann entlang
der Rollenachse (30) verteilt mehrere einzeln oder gruppenweise
schaltbare Saugelemente (38) aufweisen, die z. B. die gezeigte Punktform
besitzen. Über Ventile oder andere geeignete Schaltmittel
können die Saugelemente (38) einzeln oder gruppenweise
an einen Unterdruckerzeuger angeschlossen sein. Die Saugelemente
(38) können aus einfachen Mantelöffnungen
mit rückseitig angeschlossenen Saugleitungen bestehen.
Alternativ können sie als Saugteller ausgebildet sein.
Daneben sind beliebige andere geeignete Ausgestaltungen möglich.
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Wie 2 in
einer beispielhaften Ausführungsform verdeutlicht, ist
die aus einer Punktreihe bestehende Saugleiste (37) in
drei aneinander grenzende Saugabschnitte (39) unterteilt,
die einzeln gesteuert und geschaltet werden können. Die
Saugeinrichtung (36) kann ebenfalls mit der Robotersteuerung
(20) verbunden sein.
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Zur
Aufnahme des Materialstückendes (35) wird der
Wickelträger (24) vom Manipulator (18)
z. B. derart gegenüber dem gewünschten Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
positioniert, dass der mittlere Saugabschnitt (39) über
dem Materialstückende (35) zu liegen kommt. Für
die Aufnahme wird nur dieser Saugabschnitt (39) mit Unterdruck
beaufschlagt, wobei die benachbarten Saugabschnitte (39)
abgeschaltet sind. Hierdurch erfasst die Saugwirkung nur das gewünschte
Materialstückende (35) und erstreckt sich nicht
auf die anderen Materialbahnbereiche.
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Bei
größeren und insbesondere breiteren Materialstückenden
(35) können mehrere Saugabschnitte (39)
mit Unterdruck beschaltet werden, wobei der Wickelträger
(24) entsprechend anders positioniert wird. Ferner ist
es möglich, mehrere neben einander liegende Materialstücke
(6, 7, 8, 9, 10, 11) gleichzeitig
aufzunehmen, z. B. mit den beiden äußeren Saugabschnitten
(39), wobei der mittlere abgeschaltet wird, um den Verschnitt
(12) liegen zu lassen.
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Wie 4 in
der Seitenansicht verdeutlicht, kann zum Anwickeln die Walze (28)
mit nach unten gedrehter und über den Drehantrieb (31)
in geeigneter Weise positionierter Saugleiste (37) auf
dem gewünschten Materialstückende (35)
aufgesetzt werden. Anschließend wird der Unterdruck eingeschaltet und
das angesaugte Materialstückende (35) mit der Walze
(28) über eine Roboterbewegung ein kleines Stück
angehoben. Es wird dabei vom Schneidtisch (5) abgehoben
und auch aus dem umgebenden Materialbahnbereich, insbesondere dem
benachbarten Verschnitt (12) herausgehoben.
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Beim
Aufwickeln dreht sich durch den Drehantrieb (31) der Wickelträger
(24). Dieser wird zugleich mit einer Vorschubbewegung des
Manipulators (18) quer bzw. orthogonal zu seiner Längserstreckung
bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit Vm des Manipulators (18)
und die Drehgeschwindigkeit Vd der Rolle (28) können
hierbei über die Robotersteuerung (20) aufeinander
abgestimmt werden. Die Wickelbewegung kann dadurch verzug- und spannungsfrei
für das Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
erfolgen. Der Wickelträger (24) kann nach dem
Anwickeln wieder auf das Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11) abgesenkt
werden und auf diesem beim weiteren Wickelvorgang abwälzen.
Der gebildete Wickel (27) kann mehrlagig sein.
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Die
Drehrichtung und die Drehgeschwindigkeit Vd sind so gewählt,
dass die am Rollenmantel (29) sich ergebende Umfangsgeschwindigkeit
Vu im wesentlichen gleich groß wie die Vorschubgeschwindigkeit
Vm und dieser entgegen gerichtet ist. In Anpassung an die zunehmende
Dicke des ggf. mehrlagigen Wickels (27) kann die Abstimmung
der Drehgeschwindigkeit Vd auch von der Wickeldicke abhängen,
wobei die Umfangsgeschwindigkeit Vu der äußeren
Wickellage mit der Vorschubgeschwindigkeit Vm abgestimmt wird.
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Sobald
der Wickel (27) fertig ist, transportiert ihn der Manipulator
(18) zur Abgabstelle, z. B. zum Ablagetisch (17),
wo das Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
wieder abgewickelt und abgegeben wird. Die Ablage kann auf der Tischoberfläche
oder auf dem obersten Teil eines Materialstückstapels (42)
erfolgen. Bei der Abgabe kann das aufgewickelte Materialstück
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
ggf. gedreht und in einer anderen Ausrichtung abgelegt werden, als
es aufgenommen wurde.
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Der
Abwickelvorgang kann ebenfalls durch eine Überlagerung
der Vorschubgeschwindigkeit Vm und der Drehgeschwindigkeit Vd erfolgen.
Hierfür wird z. B. das rückwärtige herabhängende
Materialstückende (35) ein Stück über
die Tisch- oder Stapeloberfläche gezogen, um die korrekte
Ausrichtung zu erhalten. Anschließend wird der zunächst
etwas angehobene Wickelträger (24) abgesenkt und
das Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
abgewickelt. Der Abwickelvorgang kann beschleunigt werden, indem
der Ablagetisch (17) in entgegengesetzter Richtung zum Manipulatorvorschub
bewegt wird. Die dabei auftretenden Beträge der Vorschubgeschwindigkeiten
Vm und Vt addieren sich, wobei die Drehgeschwindigkeit Vd bzw. die
hieraus sich ergebende Umfangsgeschwindigkeit Vu entsprechend erhöht
und zur Synchronisation angepasst werden. Der Abwickelvorgang kann
dadurch schneller erfolgen als der Aufwickelvorgang.
-
Die
Handhabungseinrichtung (15) kann eine Fluidzuführung
(25) aufweisen, mit der ein inertes Fluid in geringer Menge
am Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
appliziert werden kann. Durch seine inerte Eigenschaft reagiert
das Fluid nicht in unerwünschter Weise mit dem Werkstoff
des Materialstücks (6, 7, 8, 9, 10, 11).
Das Fluid kann z. B. Wasser oder ein flüssiges Harz sein,
welches z. B. mit dem Imprägnierharz des Faserwerkstoffs übereinstimmt
oder zu diesem chemisch sehr ähnlich ist. Das Fluid gelangt beim
Abwickeln zwischen den Untergrund und das abgewickelte Materialstück
(6, 7, 8, 9, 10, 11),
wobei es durch den Auflagedruck unter Bildung eines sehr dünnen
Haftfilms breitflächig verteilt wird. Der Haftfilm hält
das abgelegte Materialstück (6, 7, 8, 9, 10, 11)
gegen seitliches Verrutschen fest.
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Die
Fluidzuführung (25) kann in beliebig geeigneter
Weise ausgebildet und angeordnet sein. Sie kann z. B. die in 2 gezeigte
Ausbildung haben und am Querbalken des Gestells (22) angeordnet sein.
Sie kann alternativ an einem Stützarm angeordnet sein und
das Fluid direkt beim Ablegen in den Zwickel zwischen dem Materialstück
(6, 7, 8, 9, 10, 11)
und dem Untergrund einspritzen. In weiterer Abwandlung kann die
Fluidzuführung (25) an anderer Stelle angeordnet
sein und sich z. B. am Ablagetisch (17) befinden.
-
Das
Handlingwerkzeug (21) kann ein oder mehrere, ggf. mit der
Steuerung (20) verbundene Messeinrichtungen (26)
aufweisen. Dies können z. B. ein oder mehrere am Gestell
(22) angeordnete Abstandssensoren (40) sein, die
z. B. am oberen Querträger angeordnet und gegen den Wickel
(27) gerichtet sind. Die Abstandssensoren (40)
können z. B. als Laserscanner ausgeführt sein,
die eine Abstandsmessung mittels Laufzeitmessung des pulsweise emittierten
Laserstrahls durchführen. Über die Abstandsmessung
von mehreren über die Wickelbreite verteilten Abstandssensoren
(40) kann die Wickelbildung und die Wickelform überwacht
werden. Außerdem kann die Lage des rückwärtigen
Materialstückendes (35) detektiert werden.
-
Die
Messeinrichtung (26) kann ferner eine Positionsmesseinrichtung
und Positionsgeber für den Drehantrieb (31) beinhalten,
welche die gewünschte Drehpositionierung des Wickelträgers
(24) und der Saugleiste (37) ermöglichen. Über
die Abstandssensoren (40) und deren Erfassung der Saugleiste
(37) in oberer Stellung kann der Positionsgeber referiert
werden.
-
Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in
verschiedener Weise möglich. Die Aufnahmeeinrichtung (32)
kann mit mechanischen Greifelementen, z. B. mit Nadeln, Haken oder
dergl. ausgerüstet sein, mit denen sich mechanisch unempfindliche
oder verformungstolerante Materialstücke (6, 7, 8, 9, 10, 11)
greifen lassen. Das Anwickeln kann außerdem durch eine
Mehrfachanordnung von Walzen oder Rollen unter Einklemmung des Materialstückendes
(35) erfolgen. Ferner ist es möglich, auf den
Drehantrieb (31) zu verzichten oder diesen in anderer Weise
zu steuern. An einem Schneidtisch (5) können zwei
oder mehr Manipulatoren (18) angeordnet sein, die abgestimmt
arbeiten.
-
- 1
- Bearbeitungsanlage
- 2
- Schneidstation
- 3
- Materialbahn
- 4
- Trennwerkzeug
- 5
- Schneidtisch
- 6
- Materialstück
- 7
- Materialstück
- 8
- Materialstück
- 9
- Materialstück
- 10
- Materialstück
- 11
- Materialstück
- 12
- Verschnitt
- 13
- Auflegestation
- 14
- Werker
- 15
- Handhabungseinrichtung
- 16
- Handhabungsgerät
- 17
- Ablagetisch
- 18
- Manipulator,
Gelenkarmroboter
- 19
- Roboterhand
- 20
- Robotersteuerung
- 21
- Handlingwerkzeug
- 22
- Gestell
- 23
- Anschluss
- 24
- Wickelträger
- 25
- Fluidzuführung
- 26
- Messeinrichtung
- 27
- Wickel
- 28
- Rolle
- 29
- Rollenmantel
- 30
- Längsachse
- 31
- Antrieb
- 32
- Aufnahmeeinrichtung
- 33
- Selektionseinrichtung
- 34
- Aufnahmebereich
- 35
- Materialstückende
- 36
- Saugeinrichtung
- 37
- Saugleiste
- 38
- Saugelement
- 39
- Saugabschnitt
- 40
- Sensor,
Abstandssensor
- 41
- Tischantrieb
- 42
- Materialstückstapel
- Vm
- Vorschubgeschwindigkeit
Manipulator
- Vu
- Umfangsgeschwindigkeit
- Vd
- Drehgeschwindigkeit
- Vt
- Vorschubgeschwindigkeit
Ablegetisch
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 69923876
T2 [0003]
- - US 4317694 A [0004]
- - DE 69629346 T2 [0005]
- - DE 10035237 C1 [0006]
- - DE 4026969 A1 [0007, 0035]