用于制造纖維預(yù)成形件的設(shè)備與方法
【專利說(shuō)明】用于制造纖維預(yù)成形件的設(shè)備與方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年I月27日的申請(qǐng)?zhí)枮?01280017366.9 (國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/EP2012/051309)發(fā)明名稱為制造纖維預(yù)成形件的設(shè)備與方法的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于制造纖維預(yù)成形件的設(shè)備，所述纖維預(yù)成形件尤其在制造纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)件時(shí)是一種預(yù)備物，其中該設(shè)備具有多個(gè)用于提供多個(gè)線或紗的退卷站和多個(gè)抓取器，這些抓取器可以分別在線或紗的始端抓取單個(gè)或多個(gè)線或紗，其中每個(gè)抓取器可以在最大位置與拿取位置之間的路徑上來(lái)回運(yùn)動(dòng)，并且其中拿取位置設(shè)置在線遞送部位上并且拿取位置比最大位置更接近于退卷站。
[0003]此外本發(fā)明尤其在使用該設(shè)備的情況下涉及一種用于制造纖維預(yù)成形件的方法，所述纖維預(yù)成形件例如在制造纖維增強(qiáng)塑料構(gòu)件時(shí)是一種預(yù)備物，其中該方法具有以下方法步驟:
[0004]-拉緊線或紗，
[0005]-在成形工具上投放線或紗，
[0006]-將投放的線或紗固定成纖維成形件。
【背景技術(shù)】
[0007]纖維增強(qiáng)塑料由基質(zhì)材料構(gòu)成，該基質(zhì)材料此外具有剛性并且由纖維組成，所述纖維嵌入基質(zhì)材料中并且所述纖維此外提供有抗拉強(qiáng)度。纖維增強(qiáng)塑料尤其用于高負(fù)荷的構(gòu)件，所述構(gòu)件然而應(yīng)該還要盡可能的輕。因?yàn)槔w維在橫向上不具有強(qiáng)度，所以纖維必須以如下方式取向，即，其縱向長(zhǎng)度與相應(yīng)的負(fù)荷方向盡可能一致。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，纖維經(jīng)常必須以不同的方向放置。纖維層與負(fù)荷越好而精確地匹配，那么該構(gòu)件也越好。針對(duì)由纖維增強(qiáng)塑料組成的構(gòu)件存在許多制造方法。然而針對(duì)多件數(shù)的生產(chǎn)，當(dāng)前僅在旋轉(zhuǎn)對(duì)稱或板狀或繩狀的構(gòu)件中通過(guò)纏繞或板按壓或繩按壓存在可以很好使用的方法。
[0008]相反地，復(fù)雜的、高品質(zhì)的3D結(jié)構(gòu)僅可耗費(fèi)巨大地制造，這是因?yàn)楸匦璧睦w維成形件的建立是困難的、緩慢的和昂貴的。高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)大多利用無(wú)終端纖維來(lái)建立。在許多方法中，纖維成形件首先根據(jù)期望的三維的構(gòu)件形狀，即所謂的預(yù)形狀來(lái)制造，所述纖維成形件大多由纖維構(gòu)成，這些纖維經(jīng)常以多層重疊地布置，以便得到必要的纖維方向。緊接著，纖維預(yù)成形件于是利用基質(zhì)材料來(lái)潤(rùn)濕或涂抹，有時(shí)還被按壓和最后被硬化。不僅為了制造纖維預(yù)成形件而且為了潤(rùn)濕和/或硬化構(gòu)件可以使用對(duì)應(yīng)于期望的構(gòu)件形狀的成形工具，纖維預(yù)成形件或構(gòu)件放置和/或按壓到成形工具上或成形工具中。
[0009]為了使纖維預(yù)成形件具有用于進(jìn)一步處理的足夠的形狀穩(wěn)定性，纖維成形件設(shè)有少量膠或粘合劑，并且在三維的投放后例如通過(guò)干燥或通過(guò)加熱和冷卻來(lái)固定。
[0010]纖維成形件大多通過(guò)疊置和固定預(yù)先制造的和預(yù)先連接的平面半成品來(lái)制造。這些半成品例如是帶子、紡織品、織物或纖維網(wǎng)，其中許多單個(gè)的線或紗已經(jīng)交織、縫合或粘接成平面的外形。也就是說(shuō)當(dāng)纖維從線圈或線團(tuán)中退卷時(shí)，在使用無(wú)終端纖維時(shí)將其稱作線。大量不可扭轉(zhuǎn)地同時(shí)從線圈或線團(tuán)退卷的線被稱為線束或紗。在此紗可以由最多幾萬(wàn)條單線構(gòu)成，所述單線也被稱為細(xì)絲。
[0011]像也在DE 10 2008 011 658 Al中公知的那樣，必需的單個(gè)部件按照一種切割模板從平面半成品切割成，所述半成品大多作為卷材提供。所述單個(gè)部件然后放置在成形工具上并且相互連接或按壓。DE 10 2008 011 658 Al同樣示出通過(guò)粘接或縫合來(lái)制造這些半成品的例子。盡管如此，很大一部分的手動(dòng)操作經(jīng)常是必要的。用于利用由半成品組成的區(qū)段來(lái)機(jī)器制造簡(jiǎn)單的一維彎曲的預(yù)成形件的設(shè)備由DE 10 2008 042 574 Al公知，所述預(yù)成型件預(yù)存在匣子中并且然后存儲(chǔ)在芯上。復(fù)雜的形狀并不可機(jī)器地制造。
[0012]用于制造用于更復(fù)雜的構(gòu)件的纖維預(yù)成形件的另一可能性是自動(dòng)化的纖維放置。在此細(xì)長(zhǎng)的線束或由線束構(gòu)成的帶被纖維放置頭件在成形工具上來(lái)回引導(dǎo)，并且在此并排地和重疊地放置、按壓和固定。對(duì)于更復(fù)雜的構(gòu)件來(lái)說(shuō)，纖維放置頭件的昂貴的機(jī)器人性質(zhì)的控制是必要的。即使在平行使用兩個(gè)、三個(gè)或甚至四個(gè)纖維放置頭件的情況下，制造速度還是相對(duì)緩慢，這是因?yàn)轭^件通常必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)的路徑，并且這是因?yàn)樗鲱^件連續(xù)地以細(xì)長(zhǎng)的纖維束工作。此外，纖維放置頭件具有特別長(zhǎng)和復(fù)雜的、用于多軸運(yùn)動(dòng)的放置頭件的線圈架的線跟蹤裝置。在軟管中具有特殊的引導(dǎo)聲音的這種線跟蹤裝置(以便阻止紗的扭轉(zhuǎn))例如在US 2008/0202691 Al中示出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種用于制造纖維預(yù)成形件的設(shè)備和方法，從而更復(fù)雜的、高品質(zhì)的結(jié)構(gòu)也可以能夠更輕松地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化地，在形狀和纖維取向方面靈活地、快速地且廉價(jià)地制造。
[0014]該任務(wù)通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的設(shè)備解決。其它有利的特征在從屬權(quán)利要求中提到。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備的特征在于，每個(gè)抓取器具有自身的最大位置并且配屬于自身的線遞送部位，所述抓取器能分別單獨(dú)地在基本上彼此平行的路徑上運(yùn)動(dòng)，成形工具能在所述設(shè)備中轉(zhuǎn)動(dòng)，從而由線或紗組成的另一層能安放到由線或紗組成的被投放的、優(yōu)選也被固定的第一層上，并且以另一纖維方向優(yōu)選轉(zhuǎn)動(dòng)約30°、45°、60°或90°。
[0016]由此得到更簡(jiǎn)單的線引導(dǎo)并且若干抓取器可以同時(shí)工作。在設(shè)備中也可安放具有不同的纖維方向的多個(gè)纖維材料層并且將其拼接成高品質(zhì)的、匹配于遲些時(shí)候的負(fù)荷的纖維預(yù)成形件。這兩點(diǎn)導(dǎo)致放置率(Ablegerate)的明顯上升。設(shè)備由此通過(guò)如下方式設(shè)計(jì)，即，其適用于線材料或紗材料的大于2kg/min或甚至大于3kg/min的放置率。復(fù)雜的機(jī)器人控制的線或紗跟蹤裝置不是必需的，其會(huì)導(dǎo)致速度受限。在線跟蹤裝置中由此額外地得到明顯減小的摩擦。得到了良好的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)性并且基于單獨(dú)的抓取器，設(shè)備靈活地適用于制造不同構(gòu)件并且能夠快速地?fù)Q向。因?yàn)槿∠送ǔ５钠矫姘氤善凡⑶胰《氖侵苯佑删€或紗組成的纖維預(yù)成形件被投放和制造，所以材料成本相對(duì)于公知的方法來(lái)說(shuō)明顯更低。盡管如此，通過(guò)平行處理可以達(dá)到短的制造時(shí)間。但由于預(yù)制造，平面半成品是非常貴的。在明顯三維的構(gòu)件中，在使用大平面半成品的情況下此外還存在形成褶皺的危險(xiǎn)。另一方面在小平面的情況下，用于切割和連接單個(gè)部件的費(fèi)用會(huì)提高。
[0017]多個(gè)退卷站可以例如實(shí)施成所謂的線圈架。在此線或紗可以從線圈或線團(tuán)(線桶)中拉出。每個(gè)線遞送部位從一個(gè)或多個(gè)退卷站得到線或紗。在線圈或線遞送部位上或在它們之間可以存在用于調(diào)節(jié)或調(diào)整的裝置并且/或者用于測(cè)量線應(yīng)力的裝置。
[0018]在線遞送部位上或在線遞送部位前可以設(shè)置分叉裝置，其阻止線的聚合并且提供面狀護(hù)板。
[0019]此外有利的是，抓取器可以在其路徑上占據(jù)不同的、個(gè)體的中間位置并且抓取器可以在中間位置上固定線或紗的相應(yīng)的始端。由此可以復(fù)制出不同的形狀。并且每個(gè)抓取器僅拉緊如此多的線，即，其對(duì)于形狀的相應(yīng)的部位來(lái)說(shuō)是必需的。
[0020]此外設(shè)備可以通過(guò)如下方式來(lái)設(shè)計(jì)，S卩，抓取器分別可以在基本上線性的路徑上從拿取位置運(yùn)動(dòng)到最大位置，這明顯簡(jiǎn)化了用于抓取器運(yùn)動(dòng)的設(shè)備換位。
[0021]有利地，設(shè)備具有至少一個(gè)成形工具，該成形工具可以位于線遞送部位與至少一些抓取器之間，尤其是從而由此線或紗在成形工具上投放。因而線或紗在成形工具上拉緊并且因此描繪出成形工具的形狀。優(yōu)選地存在另一成形工具，其匹配于第一成形工具地形成，并且可以與該第一成形工具聚在一起，從而線或紗在成形工具之間更精確地成形成期望的三維結(jié)構(gòu)。成形工具的運(yùn)動(dòng)方向優(yōu)選基本上垂直于抓取器的路徑。成形工具可以設(shè)有按壓裝置或加熱裝置，以便于例如激活存在的粘合材料，從而各線或紗相互連接成纖維預(yù)成形件。成形工具同樣可以作為可更換或可簡(jiǎn)單分離的部件固定在運(yùn)動(dòng)裝置上，該運(yùn)動(dòng)裝置例如是升降臺(tái)或下降裝置。當(dāng)然也可以設(shè)置多件式的成形工具。
[0022]有利的是，單個(gè)的抓取器可以隨著