-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Tapelegevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.
-
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbon-faserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium.
-
Die heutigen Entwicklungstätigkeiten für Produktionsanlagen zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen reichen daher von reiner Maschinenentwicklung bis hin zu schlüsselfertigen Produktionssystemen. Erstere umfassen für gewöhnlich Preform-Herstelleinheiten, Presseinheiten und ggf. Injektionseinheiten sowie Nachbearbeitungseinheiten – letztere die entsprechende Automatisierung für das Preform-Handling, eine eventuelle Werkzeugreinigung, die Bauteilentnahme und dergleichen mehr.
-
Die automatisierbare Herstellung der Preform stellt eine Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität dar. Aber auch bei sogenannten Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser-Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll.
-
Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Halbzeuge, insbesondere Faser-Halbzeuge wie mit einem Binder (Schmelzkleber) benetzte und/oder mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägnierte Faser-Garne und/oder Flächengebilde (sog. Prepregs) wie Fasergewebe, Fasergestricke, Fasergelege oder Fasermatten verwendet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).
-
An Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste oder der Duroplaste und ggf. zusätzlicher elastifizierender Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Chemikalienbeständigkeit unterscheiden. Duroplastische Formmassen lassen sich durch Temperatureinwirkung plastifizieren, sind in diesem Moment formbar und härten dann irreversibel unter Druck und Temperatur aus. Im Gegensatz zu den Thermoplasten bestehen die Elastomere und Duroplaste (auch Duromere genannt) nach der Verarbeitung, d. h. im gebrauchsfertigen Zustand, aus mehr oder weniger stark vernetzten Makromolekülen, die in der Regel weder schmelzbar noch löslich sind.
-
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden in einem Schneidprozess Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollflächig auskleiden. Beim Schneiden der Zuschnitte entsteht, je nach Bauteilgeometrie ein signifikanter Schneidabfall, der nicht verarbeitet werden kann und die Effizienz dieses Prozesses erheblich verschlechtert.
-
Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz können endlosfaserverstärkte Bauteile über Faser- oder auch als Tape-Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw. verschnittfrei hergestellt werden. Speziell die Verwendung von Tapes aus thermoplastischen Endlosfasern erweist sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Hierbei stellt insbesondere das Legen des für gewöhnlich als Tape vorliegenden Faserverbundwerkstoff zum Aufbau eines Laminats eine besondere Herausforderung dar.
-
Mit einem Tape ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Material, insbesondere ein Prepregmaterial, das beispielsweise eine Breite zwischen 30 und 200 mm aufweist, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepregmaterial“ sind vorliegend insbesondere Fasergarne (Rovings), Fasergelege und/oder Fasergewebe gemeint, welche mit einem Binder benetzt und/oder mit einer Matrix, beispielsweise einer Duroplastmatrix oder Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind.
-
Bei den Fasern handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, ist aber in gleicher Weise auch für Glasfasern oder andere, insbesondere künstlich hergestellte, Fasern anwendbar.
-
Das Tape kann auf einem Trägermaterial angeordnet sein, insbesondere einer Trägerfolie oder einem Trägerpapier, das während des Ablegens des Tapes zum Aufbau des Laminats sich von dem Trägermaterial löst, wobei das Trägermaterial mittels einer geeigneten Einrichtung der Tapelegevorrichtung beseitigt, beispielsweise aufgewickelt, wird. Bevorzugt können jedoch auch Tapes Verwendung finden, die keine Trägermaterialien mehr benötigen.
-
Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens bzw. Tapes wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden.
-
Zur Verarbeitung von Tapes und zur Durchführung eines Tape-Legeverfahrens werden vielfach automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind ein Tape strukturiert abzulegen. Bekannt sind insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen, unter welchen vorliegend beispielsweise auch eine sog. Fiber-Placement-Vorrichtung zu verstehen ist.
-
Eine beispielhafte Tapelegevorrichtung ist aus dem Dokument
WO 2014/083196 A1 bekannt, das eine Tapelegevorrichtung mit mehreren Material-Zuführungseinheiten zum Zuführen von Tape-Bandmaterial beschreibt. Mit jeweiligen Greifmechanismen werden Streifen aus den Material-Zuführungseinheiten gezogen und mit Schneideinrichtungen auf Länge geschnitten, so dass von dem Tape-Bandmaterial jeweilige Tapestreifen bzw. Tapes abgetrennt werden. Anschließend werden die Tapes in Führungsbahnen positioniert und mit jeweiligen Bandhefteinheiten werden die Tapes auf der Bearbeitungsfläche eines Legetisches platziert. Der Legetisch kann sich nach Bedarf so bewegen, dass die Streifen in den gewünschten Positionen und Ausrichtungen platziert werden können. Die Abtrennung der Tapes erfolgt dabei jeweils in einer Richtung quer zur Längsrichtung des Tape-Bandmaterials, so dass jeweils rechteckige Streifen abgetrennt werden.
-
Derartige Tapelegevorrichtungen werden meist dazu verwendet, um bauteilspezifische Flächen mit verschiedensten Bauteilkonturen zu belegen. Bei gekrümmten Konturabschnitten erfordert dies, dass mittels der rechteckig zugeschnittenen Tapes die Kontur nur nach Art einer Zick-Zack-Approximation angenähert werden kann. Abhängig von dem Verlauf der Kontur und der Tapebreite entsteht dabei ein unerwünschter Materialverschnitt. Der Materialverschnitt könnte gesenkt werden, indem die Tapebreite verkleinert wird, das heißt, indem schmälere bis sehr schmale Tapes nebeneinander verlegt werden, was allerdings wiederum den Nachteil aufweist, dass dadurch die Legerate verringert wird und sich die Gesamtzeit zum Legen des gewünschten Bauteils entsprechend erhöht.
-
Die
US 8,048,253 B2 beschreibt ebenfalls eine Tapelegevorrichtung, in welcher ein Tape-Bandmaterial jeweiligen Schneideinrichtungen zugeführt wird, welche jeweilige Tapes abtrennen, die anschließend auf die Bearbeitungsfläche eines Legetisches platziert werden. Das Tape-Bandmaterial und die abgetrennten Tapes werden dabei jeweils in Führungsschienen geführt, die zu beiden Seiten des Bandes bzw. der Streifen angeordnet sind, wobei die Kanten des Bandes bzw. der Streifen in Nuten, die in den Führungsschienen vorgesehen sind, gehalten werden. Der Transport des Tape-Bandmaterials bzw. des Tapes erfolgt mittels angetriebener Walzen. In dem Dokument wird weiter vorgeschlagen, dass die Schneideinrichtungen jeweils eine Schneidmessereinheit aufweisen, die um eine vertikale Mittelachse verschwenkbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Tape-Bandmaterial in einem entsprechend verstellbaren Winkel zu schneiden. Um ein Durchhängen des Tape-Bandmaterials bzw. der abgetrennten Tapestreifen vor bzw. hinter der Schneidmessereinheit zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass die seitlichen Führungsschienen, welche das Tape-Bandmaterial bzw. die abgetrennten Tapes halten, in Bandlängsrichtung verstellbar sind, und entsprechend der Verschwenkung der Schneidmessereinheit verstellt werden.
-
Durch ein entsprechendes Verstellen der Schneidmessereinheit ist es hierbei möglich, die jeweiligen Tapes jeweils näherungsweise entsprechend der gewünschten, zu legenden Bauteilkontur zuzuschneiden, so dass unerwünschter Materialverschnitt verringert werden kann. Allerdings besteht hierbei der Nachteil, dass der für den Transport der abgetrennten Tapes notwendige Walzenantrieb, der der Schneidmessereinheit nachgeordnet ist, in einem hinreichend weiten Abstand von der Verschwenkachse der Schneidmessereinheit angeordnet ist, um das Verschwenken der Schneidmessereinheit in einem hinreichend großen Winkelbereich zu ermöglichen. Insbesondere in Tapelegevorrichtungen, in denen auch breitere Tapebänder verarbeitet werden sollen, beispielsweise Tapes von einer Breite von 150 mm, 200 mm oder mehr, und bei großen Verschwenkwinkeln von 45°, 60° oder mehr, kann dies zur Folge haben, dass der Walzenantrieb in einem Abstand von beispielsweise 100 mm, 150 mm oder mehr hinter der Schneidmessereinheit angeordnet werden muss. Dementsprechend ist es auf diese Weise nicht mehr möglich, kürzere Tapes zu schneiden und zu legen, die eine geringere Länge aufweisen, da in diesem Fall der Einzug und der Weitertransport durch den Walzenantrieb nicht mehr möglich wäre. Entsprechend wirkt sich dies auch auf den Materialverschnitt aus, da jeder Tape-Verschnitt eine Mindestlänge besitzen muss um sicher aus der Anlage ausgeschleust werden zu können.
-
Darüber hinaus besteht bei beiden dieser bekannten Tapelegevorrichtungen der Nachteil, dass wegen dem nur seitlichen Führen und Halten der Tapestreifen bzw. der Tapes mittels der Führungsschienen das zu verarbeitende Tape-Bandmaterial eine hinreichend hohe innere Steifigkeit aufweisen muss, so dass es nicht dazu kommt, dass das Tape-Bandmaterial durchhängt und aus den Führungsschienen fällt. Dies kann eine unerwünschte Einschränkung hinsichtlich der verarbeitbaren Materialien, Dicken und/oder Breiten darstellen.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Tapelegevorrichtung anzugeben, welches die vorstehenden Nachteile überwindet.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Tapelegevorrichtung anzugeben, die es erlauben, ein Tapelegen auch mittels kurzer und kürzester Tapes mit möglichst geringem Materialverschnitt zu legen.
-
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Tapelegevorrichtung anzugeben, welche flexibel und rasch zum effizienten Ablegen von Tape-Bandmaterial unterschiedlicher Breiten eingesetzt werden können.
-
Diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden mit einer Tapelegevorrichtung wie nachfolgend beschrieben gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
-
Als eine Lösung wird eine Tapelegevorrichtung angegeben, aufweisend eine Materialzuführungseinheit zum Zuführen eines Tape-Bandmaterials, eine Schneideinrichtung mit einem um eine Drehachse im Winkel verstellbaren Schneidmittel zum Abtrennen eines Tapes von dem Tape-Bandmaterial, und eine Legeeinrichtung zum Aufnehmen und zum Platzieren des abgetrennten Tapes auf einem Legetisch. Die Schneideinrichtung weist ein flächiges Transportelement auf, wobei das Tape-Bandmaterial zwischen das Schneidmittel und das flächige Transportelementzugeführt werden kann und das Tape-Bandmaterial auf bzw. über dem flächigen Transportelementgeschnitten werden kann, um das Tape von dem Tape-Bandmaterial abzutrennen.
-
Die Drehachse ist vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Auflagefläche des flächigen Transportelements angeordnet und somit im Wesentlichen senkrecht zur Ebene steht, in der das Tape-Bandmaterial zugeführt wird.
-
Das flächige Transportelement ist bevorzugt als ein um Umlenkrollen umlaufendes, endloses Transportband ausgeführt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das flächige Transportelement als eine plattenförmige Auflagefläche ausgeführt wird, wie beispielsweise eine Metallplatte, eine Kunststoffplatte, eine mit einem Kunststoffmaterial beschichtete oder überzogene Metallplatte und so weiter, wobei die plattenförmige Auflagefläche in und entgegen der Transportrichtung des Tape-Bandmaterials verfahrbar ist.
-
Indem ein flächiges Transportelement vorgesehen wird, das sich im Falle der Ausführung des flächigen Transportelements als ein endlos umlaufendes Transportband, fortlaufend in Transportrichtung des Tape-Bandmaterials unter dem Schneidmittel hindurch bewegt, bzw. das sich im Falle der Ausführung des flächigen Transportelements als eine plattenförmige Auflagefläche unter dem Schneidmittel hindurch in der Transportrichtung des Tape-Bandmaterials bewegt, um das Tape-Bandmaterial aufzunehmen, unter dem Schneidmittel hindurch zu bewegen und/oder um nach dem Abtrennen des Tapes diesen weiter in Richtung hin zur Legeeinrichtung bzw. eine gegebenenfalls zwischen der Legeeinrichtung und der Schneideinrichtung angeordnete Zuführungseinrichtung entgegen der Transportrichtung des Tape-Bandmaterials bewegt, um in eine Ausgangsstellung gebracht zu werden, um danach durch erneutes Bewegen in der Transportrichtung des Tape-Bandmaterials ein erneutes Abtrennen eines weiteren Tapes zu ermöglichen, und indem das Abtrennen und Vereinzeln einzelner Tapes von dem Tape-Bandmaterial auf bzw. über dem flächigen Transportelement erfolgt, wird erreicht, dass ein jeweils abgetrenntes Tape unmittelbar hinter dem Schneidmittel auf das flächige Transportelementfällt bzw. auf diesem aufliegt, und von dem flächigen Transportelement sicher weitertransportiert werden kann. Es ist auf diese Weise möglich, mittels der Tapelegevorrichtung auch kurze und kürzeste Tapes, insbesondere auch kurze und kürzeste, winkelig zugeschnittene Tapes zu legen.
-
Vorzugsweise kann in der Schneideinrichtung, oder mit dieser verbunden, weiter eine Vakuumeinrichtung vorgesehen werden, welche mit dem flächigen Transportelement derart verbunden ist, um das Tape-Bandmaterial und/oder die abgetrennten Tapes mittels von der Vakuumeinrichtung erzeugtem Unterdruck auf dem flächigen Transportelement zu halten. Auf diese Weise kann das Tape-Bandmaterial und/oder kann ein abgetrenntes Tape sicher auf dem flächigen Transportelement gehalten werden, ohne dass es während des Abtrennens und/oder während des Transports des Tape-Bandmaterials und/oder des abgetrennten Tapes zu unerwünschten Lageveränderungen kommt, welche zu einer ungenauen Ablage des Tapes führen könnten.
-
Es kann dabei vorgesehen werden, dass in der Schneideinrichtung das Tape-Bandmaterial auf dem flächigen Transportelement, insbesondere dem als Transportband ausgeführten flächigen Transportelement, aufliegend zwischen das Schneidmittel und dem flächigen Transportelement zugeführt wird und das Tape-Bandmaterial auf dem flächigen Transportelement aufliegend geschnitten wird. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann es vorgesehen werden, dass das Schneidmittel in einem Bereich von 0 bis 3 mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm in das flächige Transportelement hinein schneidet.
-
Alternativ kann vorgesehen werden, dass die Schneideinrichtung weiter eine Schneidplatte aufweist, die über dem flächigen Transportelement, insbesondere dem als Transportband ausgeführten flächigen Transportelement und in Transportrichtung des Tape-Bandmaterials vor dem Schneidmittel angeordnet ist, wobei das Tape-Bandmaterial auf der Schneidplatte aufliegend geführt ist, wobei die Schneidplatte gemeinsam mit dem Schneidmittel verschwenkbar ist, und wobei die Schneidplatte eine Schneidkante definiert, entlang derer das Schneidmittel das Tape-Bandmaterial zur Abtrennung des Tapes schneidet. Die Schneidplatte kann insbesondere halbkreisförmig ausgebildet sein und/oder eine Dicke im Bereich von 1 bis 5 mm, bevorzugt im Bereich von 2 bis 4 mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 3 mm aufweisen.
-
Die Verwendung einer Schneidplatte in der Schneideinrichtung bietet mehrere Vorteile: Zum einen bildet die Schneidplatte eine Schneidkante aus und dient somit als Gegenmesser für das Schneidmittel. Zum anderen schirmt die Schneidplatte das Tape-Bandmaterial gegenüber dem flächigen Transportelement ab, welches unterhalb der Schneidplatte verlaufen kann. Insbesondere wenn das flächige Transportelement mit einer Vakuumeinrichtung verbunden ist, dient die Schneidplatte dazu, dass das Tape-Bandmaterial von dem flächigen Transportelement abgeschirmt wird und erst die geschnittenen Tapes mittels dem erzeugten Unterdruck auf dem flächigen Transportelement gehalten werden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Schneidmittel eine Führungskante auf, welche sich über die Schneidplatte erstreckt, so dass stets ein Schnitt entlang der Schneidkante der Schneidplatte erfolgt.
-
Alternativ oder in Kombination zu den vorgenannten Ausgestaltungen sind die Schneidkante der Schneidplatte und die Schneidkante des Schneidmittels nicht parallel ausgerichtet, sondern bilden einen Öffnungswinkel, so dass durch eine Hubbewegung des Schneidmittels ein Abschneiden eines Tapes vom Tape-Bandmaterial erfolgt, ähnlich zu einem Scherenschnitt.
-
Vorzugsweise ist das Schneidmittel als ein Schneidmesser ausgeführt. Besonders bevorzugt ist das Schneidmesser im Bereich eines Endes an einem Drehgelenk um eine horizontale Achse schwenkbar gelagert und ist im Bereich des anderen Endes in einer Kulissenführung geführt.
-
Es kann auch vorgesehen sein, dass das Schneidmittel mittels einer Ultraschalleinrichtung mit Ultraschall beaufschlagt wird, um das Schneiden des Tape-Bandmaterials zu Tapes zu unterstützen.
-
Bevorzugt weist die Legeeinrichtung ein flächiges Transportelement, beispielsweise ein um Umlenkrollen umlaufendes, endloses Transportband, und eine mit dem flächigen Transportelement verbundene Vakuumeinrichtung auf, wobei die einzelnen Tapes auf einer Unterseite der Legeeinrichtung aufgenommen und mittels dem von der Vakuumeinrichtung erzeugten Unterdruck an dem flächigen Transportelement gehalten werden können. Alternativ und/oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass zwischen der Schneideinrichtung und der Legeeinrichtung zumindest eine Zuführungseinrichtung angeordnet ist, welche ein flächiges Transportelement, beispielsweise ein um Umlenkrollen umlaufendes, endloses Transportband aufweist, und derart eingerichtet ist, in der Schneideinrichtung abgetrennte Tapes aufzunehmen und der Legeeinrichtung zuzuführen, wobei die einzelnen Tapes auf dem flächigen Transportelement aufliegend transportiert werden.
-
Als flächige Transportelemente können in der Legeeinrichtung und/oder Zuführungseinrichtung beispielsweise Transportbänder, welche endlos an Umlenkrollen geführt sind, oder Transportelemente mit einer plattenförmigen Auflagefläche, beispielsweise Transport-Tabletts, welche in und entgegen der Transportrichtung bewegbar sind, in Betracht gezogen werden.
-
Indem der Transport und das Ablegen von Tapes mittels flächiger Transportelemente, beispielsweise Transportbändern, bewirkt wird, wird die Möglichkeit geschaffen, Tape-Bandmaterial unterschiedlicher Breiten einzusetzen, und rasch zwischen unterschiedlichen Breiten zu wechseln, ohne dass hierzu eine Umkonfiguration der Tapelegevorrichtung erforderlich ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, wie im Stand der Technik bekannt, Führungsschienen für die Tapes umzukonfigurieren und auf eine neue Breite einzurichten. Gleichzeitig wird es durch den Transport und das Ablegen von Tapes mittels flächiger Transportelemente, beispielsweise Transportbändern oder Transportplatten, auch möglich, Tapes auch großer Breite und mit geringer innerer Steifigkeit zu legen, da hierbei prinzipbedingt nicht die Gefahr besteht, dass die Tapes aus hierfür vorgesehenen Führungsschienen fällt.
-
Alternativ oder in Kombination kann die Schneideinrichtung auch als Zuführeinrichtung ausgebildet sein. Das Tape-Bandmaterial kann somit durch das Schneidmesser in der Schneideinrichtung zu einem Tape geschnitten werden und das Transportband der Schneideinrichtung kann dieses Tape dann der Legeeinrichtung zuführen.
-
Die Erfindung wird im Nachfolgenden an Hand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben, mit Bezug auf die Zeichnungen:
-
1 zeigt eine Tapelegevorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht von der Seite;
-
2 zeigt die Tapelegevorrichtung der 1 in einer schematischen Draufsicht;
-
3 zeigt schematisch eine Schneideinrichtung gemäß einer Ausführungsform in einer Seitenansicht;
-
4A, 4B stellen in einer schematischen Draufsicht die Schneideinrichtung der 3 in unterschiedlichen Winkelstellungen dar; und
-
5 stellt schematisch eine Schneideinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform dar.
-
In der 1 ist eine Tapelegevorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Wie in 1 gezeigt wird in der Tapelegevorrichtung 1 ein Tape-Bandmaterial 2, das beispielsweise auf einer Spule 12 aufgewickelt bereitgestellt wird, mittels einer Materialzuführungseinheit 10 von der Spule 12 abgewickelt und einer der Materialzuführungseinheit 10 nachgeordneten Schneideinrichtung 20 zugeführt. Zu diesem Zweck kann die Materialzuführungseinheit 10 ein Paar von Antriebswalzen 11 aufweisen, die einen Walzenantrieb, auch als Mangelantrieb bezeichnet, bilden, der für den Transport des Tape-Bandmaterials 2 sorgt. Die Antriebswalzen 11 werden dabei von einem oder von mehreren Motoren (nicht dargestellt) unter Steuerung einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so dass das Tape-Bandmaterial 2 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und/oder einer gewünschten Länge in die Schneideinrichtung 20 „geschoben“ und derart zugeführt wird.
-
In der Schneideinrichtung 20 wird das Tape-Bandmaterial 2 mittels eines Schneidmittels, das beispielsweise als ein Schneidmesser 21 ausgeführt ist, geschnitten, um von dem Tape-Bandmaterial 2 einzelne Tapes 5 einer jeweils gewünschten Länge abzutrennen. Das Schneidmesser 21 ist dabei winkelig verstellbar, so dass nicht nur Schnitte quer zur Bandrichtung oder zur Transportrichtung 60 des Tape-Materialbandes 2 ausgeführt werden können, sondern mittels einer entsprechenden Verstellung des Schneidmessers 21 um einen Winkel von beispielsweise ±45° relativ zur Querrichtung des Tape-Bandmaterials 2, welche sich entlang deren Breite erstreckt, auch Tapes 5 abgeschnitten werden können, die in einem entsprechenden, gewünschten Winkel zugeschnitten sind.
-
Nachdem die Tapes 5 derart in der Schneideinrichtung 20 von dem Tape-Bandmaterial 2 abgetrennt und vereinzelt wurden, werden die Tapes 5 auf eine Zuführungseinrichtung 30 übergeben, welche die Tapes 5 einer Legeeinrichtung 40 zuführt und an diese übergibt.
-
Solche Tapes 5, welche für die weiteren Produktionen nicht brauchbar sind, sowie Verschnittmaterial für beispielsweise Korrekturschnitte, können zwischen der Schneideinrichtung 20 und der Zuführungseinrichtung 30 aus der Tapelegevorrichtung 1 ausgeschleust und beispielsweise einen Abwurfbehälter 33 zugeführt werden.
-
Die Legeeinrichtung 40 ist über einem Legetisch 50 angeordnet und kann in vertikaler Richtung relativ zum Legetisch 50 bewegt werden, so dass die Legeeinrichtung 40 jeweils ein einzelnes Tape 5 auf dem Legetisch 50 platzieren und ablegen kann. Beispielsweise kann eine Linearführung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels der die Legeeinrichtung 40 in vertikaler Richtung auf den Legetisch 50 abgesenkt werden kann, um die Tapes 5 auf einer Arbeitsfläche des Legetischs 50, oder einer bereits zuvor auf der Arbeitsfläche des Legetisches 50 ausgebildeten Tapestruktur abzulegen, und gegebenenfalls kurz und leicht anzudrücken. Nach dem Ablegen des Tapes 5 wird die Legeeinrichtung 40 wieder angehoben, um ein nächstes Tape 5 aufzunehmen. Es sei hierbei bemerkt, dass im Sinne dieses Dokuments sowohl das Platzieren und Ablegen eines Tapes 5 auf der Arbeitsfläche des Legetisches 50, als auch das Ablegen eines Tapes 5 auf bereits zuvor auf dem Legetisch 50 abgelegten Tape 5, insbesondere auf einer zuvor ausgebildeten Tapelage, als ein Platzieren und Ablegen des Tapes 5 auf dem Legetisch 50 verstanden werden soll.
-
Um das Absenken der Legeeinrichtung 40 zu ermöglichen, kann bei der Ausführungsform der 1 vorgesehen sein, dass die Zuführungseinrichtung 30 ebenfalls und gemeinsam mit der Legeeinrichtung 40 vertikal abgesenkt und angehoben wird. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Zuführungseinrichtung 30 und die Legeeinrichtung 40 zu einer als Legekopf 7 bezeichneten Einheit zusammengefasst werden, wie nachstehend mit Bezug auf die 2 näher erläutert, und der Legekopf 7 als Ganzes vertikal bewegt wird, um ein Tape 5 abzulegen. Alternativ ist es auch denkbar, den Legekopf 7 bzw. die Legeeinrichtung 40 feststehend auszubilden, und den Legetisch 50 hebbar auszugestalten, so dass zur Ablage des Tapes 5 der Legetisch 50 angehoben wird. Im Übrigen ist es bevorzugt, dass der Legetisch 50 unter Steuerung der Steuereinrichtung (nicht dargestellt) um eine vertikale Drehachse Z gedreht werden kann, und/oder in horizontaler Richtung in x- und/oder y-Richtung bewegt werden kann, um eine gewünschte relative Positionierung des Tapes 5 relativ zum Legetisch 50 zu ermöglichen.
-
Zur Erhöhung der Legerate ist es insbesondere vorgesehen, dass mehrere Tapes 5 simultan, das heißt, insbesondere zeitgleich und mehrspurig gehandhabt werden, wobei durch eine solche Parallelisierung vorteilhaft die Anzahl gelegter Tapes 5 pro Abfolge entsprechend multipliziert wird. Entsprechend ist in der Tapelegevorrichtung 1 dieser Ausführungsform, wie in der Draufsicht in 2 gezeigt, bevorzugt vorgesehen, dass die entsprechenden Einheiten in entsprechend multipler Ausführung vorgesehen sind. So können, wie in 2 dargestellt, jeweils zwei Spulen 12, 12a vorgesehen sein, von welchen mittels zwei Materialzuführungseinheiten 10, 10a mit insgesamt zwei Paaren von Antriebswalzen 11, 11a zwei Stränge eines Tape-Bandmaterials 2 abgezogen und zu zwei jeweiligen Schneideinrichtungen 20, 20a zugeführt werden, wo mittels zweier Schneidmesser 21, 21a zwei jeweilige Tapes 5, 5a abgetrennt und mittels zweier Zuführungseinrichtungen 30, 30a zu zwei Legeeinrichtungen 40, 40a zugeführt werden. Mittels der zwei Legeeinrichtungen 40, 40a können somit zwei Tapes 5, 5a gleichzeitig auf dem Legetisch 50 platziert und abgelegt werden.
-
Wie in der 2 angedeutet, können die Materialzuführungseinheit 10a, die Schneideinrichtung 20a, die Zuführungseinrichtung 30a und die Legeeinrichtung 40a bzw. die Materialzuführungseinheit 10, die Schneideinrichtung 20, die Zuführungseinrichtung 30 und die Legeeinrichtung 40 jeweils in einem Legekopf 7 bzw. 7a zusammengefasst sein. Dies ist jedoch nicht beschränkend, und es ist ebenfalls möglich, dass ein Legekopf 7, 7a, nur die Legeeinrichtung 40, 40a oder neben der Legeeinrichtung 40, 40a auch die Zuführungseinrichtung 30, 30a und gegebenenfalls die Schneideinrichtung 20, 20a umfasst.
-
Wie im Fall von im Stand der Technik bekannten Tapelegevorrichtungen 1 sind die Legeköpfe 7a, 7b bzw. die darin enthaltenen Einheiten so eingerichtet, dass in einem Arbeitstakt zwei oder mehrere simultan abzulegende Tapes 5, 5a, welche jeweils eine Breite B aufweisen, um diese Breite B, oder um ein mehrfaches dieser Breite B zueinander beabstandet abgelegt werden, wobei in einem, oder gegebenenfalls in mehreren nachfolgen(den) Arbeitstakt(en) durch Ablegen weiterer Tapes 5, 5a die verbleibenden Lücken zwischen bereits gelegten Tapes 5, 5a aufgefüllt werden, um eine geschlossene Tapelage auszubilden. Dabei kann ebenfalls vorgesehen sein, dass, wie bekannt, während des Ablegens von Tapes 5, 5a bereits zuvor abgelegte Tapes 5, 5a zum Beispiel mittels hierzu vorgesehenen Ultraschalleinrichtungen an der oder den darunter liegenden Tapelagen angeheftet werden, beispielsweise durch Plastifizieren, oder zumindest teilweise mit der oder den darunter liegenden Tapelagen zu einem Laminat konsolidiert werden. Dieses Vorgehen kann für jede weitere Tapelage wiederholt werden.
-
Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind die Legeeinrichtung 40, 40a, die Zuführungseinrichtung 30, 30a und die Schneideinrichtung 20, 20a bevorzugt mit Transportbändern 25, 25a, 31, 31a, 41, 41a als flächiges Transportelement ausgeführt, die um jeweilige Umlenkrollen 26, 32, 42 endlos umlaufen. In der Zuführungseinrichtung 30, 30a werden dabei die Tapes 5, 5a aufliegend, das heißt, auf einer Oberseite der Zuführungseinrichtung 30, 30a auf dem Transportband 31, 31a aufliegend transportiert. Hingegen werden die einzelnen Tapes 5, 5a in der Legeeinrichtung 40, 40a jeweils „hängend“ transportiert. Hierzu ist die Legeeinrichtung 40, 40a vorzugsweise mit einer Vakuumeinrichtung (nicht dargestellt) versehen, welche so mit dem Transportband 41, 41a der Legeeinrichtung 40, 40a verbunden ist, dass durch das Transportband 41, 41a hindurch Luft angesaugt und so ein Unterdruck aufgebaut werden kann, beispielsweise indem eine Vielzahl von Öffnungen in dem Transportband 41, 41a vorgesehen sind, durch welche die Luft angesaugt werden kann. Durch den so entstehenden Unterdruck kann ein auf dem Transportband 31, 31a der Zuführungseinrichtung 30, 30a aufliegender, der Legeeinrichtung 40, 40a zugeführte Tapes 5, 5a angesaugt werden, so dass er auf der Unterseite der Legeeinrichtung 40, 40a an dem Transportband 41, 41a anliegend gehalten wird.
-
Die Vakuumeinrichtung kann abgeschaltet werden, nachdem das Tape 5, 5a auf dem Legetisch 50 platziert wurde.
-
Mit Bezug auf die 3, 4A und 4B wird nun eine mögliche Ausführungsform der Schneideinrichtung 20 der 1 und 2 in größerem Detail beschrieben, wobei in der 3 eine Stellung des Schneidmessers 21 für einen Schnitt quer zur Bandrichtung dargestellt ist, während die 4A und 4B jeweils unterschiedliche, hierzu verschwenkte Stellungen des Schneidmessers 21 für einen „schiefen“ bzw. winkeligen Schnitt des Tapes 5 darstellen.
-
Wie in den Fig. 3, 4A und 4B gezeigt, weist die Schneideinrichtung 20 ein Schneidmesser 21 als Schneidmittel auf, das über dem Transportband 25 angeordnet ist. Das Schneidmesser 21 ist an einem Ende mit einem Drehgelenk 28 schwenkbar gelagert und an seinem anderen Ende in einer Kulissenführung 22 gelagert, so dass das Schneidmesser 21, durch Heben und Senken des kulissenseitigen Endes mittels einer Betätigungsvorrichtung (nicht dargestellt) eine Schnittbewegung ausführen kann. Auf der, der Materialzuführungseinheit 10 zugewandten Seite des Schneidmessers 21 ist eine Schneidplatte 23 über dem Transportband 25 angeordnet. Die Schneidplatte 23 ist vorzugsweise als eine dünne Blechplatte von zwischen 1 und 4 mm Dicke, bevorzugt zwischen 1,5 und 3 mm Dicke und besonders bevorzugt mit einer Dicke von 2 mm ausgeführt, und kann in einem Abstand von weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1 mm, besonders bevorzugt weniger als 0,5 mm zum Transportband 25 angeordnet sein.
-
Das Tape-Bandmaterial 2 wird nun von den Antriebswalzen 11, und gegebenenfalls unter Führung von einem oberen und einem unteren Leitblech 27 und einer Deckplatte 24, über die Schneidplatte 23 in den Raum zwischen dem Schneidmesser 21 und dem Transportband 25 geschoben bzw. gefördert. Da hier das Tape-Bandmaterial 2 als Endlostape zugeführt wird, ist ein Schieben über die Schneidplatte 23 ohne weiteres möglich. Jenseits des Schneidmessers 21 fällt das Tape-Bandmaterial 2 auf das Transportband 25 und wird, durch entsprechende Ansteuerung der Bewegung des Transportbandes 25 um die Umlenkrollen 26 mittels der Antriebswalzen 11 durch eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) weiter transportiert, bis eine gewünschte Länge des abzutrennenden Tapes 5 erreicht ist. In dieser Stellung werden das Transportband 25 und die Antriebswalzen 11 für das Abtrennen des Tapes 5 stillgesetzt. Alternativ kann auch das Transportband 25 stillstehen, solange das Tape-Bandmaterial 2 mit den Antriebswalzen 11 gefördert und über das Transportband 25 gleiten kann.
-
Wie in den 3, 4A und 4B zu erkennen, weist die Schneidplatte 23 eine gerade Kante auf, die als ein Gegenmesser dient, entlang dem die Klinge des Schneidmessers 21 nach Art eines Scherenschnitts schneidet, um so das Tape-Bandmaterial 2 zu schneiden und das Tape 5 von diesem abzutrennen. Nachdem der Schnitt erfolgt ist, fällt auch das schneidmesserseitige Ende des frisch abgetrennten Tapes 5 auf das Transportband 25 und kann von diesem weitertransportiert werden in Richtung zur Legeeinrichtung 40. Da somit das abgetrennte Tape 5 immer auf dem Transportband 25 zu liegen kommt, kann dieser selbst im Fall kurzer und kürzester Schneidlängen, beispielsweise im Fall von Tapes 5, die lediglich eine Länge von 10 mm, 5 mm oder weniger aufweisen, sicher und zuverlässig abtransportiert werden.
-
Weiterhin ergibt sich durch die vorgenannte Ausgestaltung, dass Tape-Abfall-Stücke, wie sie beispielsweise beim Anpassen des Schnittwinkels an die Geometrie der zu legenden Tapestruktur entstehen, sicher vom Transportband 25 aufgenommen und aus der Tapelegevorrichtung 1 ausgeschleust werden können.
-
Die zuverlässige Aufnahme von Tape-Streifen 5 auf dem Transportband 25 kann in einer bevorzugten Ausgestaltung noch verbessert werden, wenn das Transportband 25 als Vakuumband ausgebildet ist und der Tape-Streifen 5 während oder nach dem Schneidvorgang auf dem Transportband 25 durch einen leichten Unterdruck anhaftet und fixiert werden kann.
-
Die Schneidplatte 23 ist vorzugsweise mechanisch mit der Kulissenführung 22, in der das Schneidmesser 21 geführt wird, verbunden, und die Einheit aus Schneidplatte 23, Kulissenführung 22, Schneidmesser 21 und Drehgelenk 28 ist um eine Drehachse Z drehbar gelagert, die vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Auflagefläche des Transportbandes 25 angeordnet ist und damit im Wesentlichen senkrecht zur Ebene steht, in der das Tape-Bandmaterial 2 zugeführt wird, und kann mittels einem Drehantrieb (nicht dargestellt) unter Steuerung der Steuereinrichtung (nicht dargestellt) stufenlos im Drehwinkel verstellt werden, beispielsweise in einem Bereich von ±50°, um einen gewünschten Schnittwinkel, in dem ein Tape 5 geschnitten werden soll, einzustellen. Unabhängig vom Schneidwinkel fällt das abgetrennte Tape 5 immer vollständig auf das Transportband 25.
-
Wie in den 4A und 4B weiter zu erkennen, ist es mit der Schneideinrichtung 20 dieser Ausführungsform auch möglich, unterschiedliche breite Tape-Bandmaterialien 2 zu verwenden, ohne dass hierzu eine Umkonfiguration der Schneideinrichtung 20 notwendig ist. Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn eine Seitenkante des Tape-Bandmaterials 2 als Führungskante dient, die insbesondere mit einer gleichen Seitenkante des flächigen Transportelements, wie beispielsweise des Transportbandes 25 flüchtig ausgerichtet ist. Dies kann beispielsweise dadurch unterstützt werden, dass an dieser Seitenkante des Transportbandes 25 ein seitliches Leitblech (nicht dargestellt) angeordnet wird, das als Anschlag und Führung für das Tape-Bandmaterial 2 bzw. für davon abgetrennte Tapes 5 dient. Auf diese Weise kann eine stets gleichbleibende, in der Position unveränderte und wohldefinierte Lage dieser Seitenkante des Tape-Bandmaterials 2 bzw. das Tape 5 relativ zum Transportband 25 sichergestellt werden. Dementsprechend wirken sich unterschiedliche Breiten des Tape-Bandmaterials 2 bzw. das davon abgetrennten Tape 5 nur auf die Lage der gegenüberliegenden Seitenkante aus, welche Lage ausgehend von der Führungskante und durch die bekannte Breite des Tape-Bandmaterials 2 bzw. des Tapes 5 definiert wird. Auf diese Weise ist es möglich, auch bei Verwendung von Tape-Bandmaterialien 2 unterschiedlicher Breite eine jeweils wohldefinierte und genaue Positionierung des Tapes 5 auf dem Transportband 25, und damit in Folge auch in der Zuführungseinrichtung 30 und der Legeeinrichtung 40 zu erzielen, und so eine hohe Legepräzision sicherzustellen.
-
Eine weitere mögliche Ausführungsform der Schneideinrichtung 20 ist in der 5 dargestellt, wobei in dieser Ausführungsform der Schnitt direkt auf dem Transportband 25 erfolgt. Entsprechend braucht in dieser Ausführungsform nur das Schneidmesser 21, die Kulissenführung 22 und das Drehgelenk 28 vorgesehen werden, welche wiederum, ähnlich wie vorstehend beschrieben, als eine um eine Drehachse Z drehbar gelagerte, im Drehwinkel stufenlos verstellbare Einheit ausgeführt sein können. Das Schneidmesser 21 kann dabei vorteilhafter Weise geringfügig in das Transportband 25 einschneiden, beispielsweise in einem Bereich von 0 bis 3 mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 mm bis 1,5 mm. Das Transportband 25 dient somit als Schneidmatrize. Vorzugsweise ist im Bereich des Schneidmessers 21 bzw. im Bereich, in dem das Schneidmesser 21 verschwenkt werden kann, eine Auflageplatte 29 vorgesehen, auf der das Transportband 25 aufliegend verläuft, wobei die Auflageplatte 29 verhindert, dass sich das Transportband 25 während des Schneidens unter der Kraft des Schneidmessers 21 durchbiegt. Bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass nach dem Schneiden und Abtrennen des Tapes 5 von dem Tape-Bandmaterial 2 zunächst nur das Transportband 25 bewegt wird, während die Antriebswalzen 11 weiter stillgesetzt verbleiben. Das Tape 5 kann somit räumlich von dem Ende des Tape-Bandmaterials 2 wegbewegt werden, so dass ein Abstand zum nächsten zu schneidenden Tape 5 hergestellt wird.
-
Die Ausführungsform der 5 hat gegenüber der Ausführungsform der 3 und 4A bis 4B den Vorteil einer einfacheren, kompakteren und kostengünstigeren Konstruktion, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, dass das Transportband 25 auf Grund des wiederholten Einschneidens durch das Schneidmesser 21 im Lauf der Zeit verschleißen kann und ausgetauscht werden muss.
-
Im Übrigen kann auch bei der Schneideinrichtung 20 dieser Ausführungsform, sowie auch generell für die Zuführungseinrichtung 30 und die Legeeinrichtung 40 vorgesehen sein, dass die Seitenkante des Tape-Bandmaterials 2 bzw. des Tapes 5 als Führungskante dient, die insbesondere mit einer gleichen Seitenkante der flächigen Transportelemente wie beispielsweise der Transportbänder 25, 31 und/oder 41 flüchtig ausgerichtet ist.
-
Während in der vorstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform eine Schneideinrichtung 20 mit einem um Umlenkrollen 26 umlaufenden, endlosen Transportband 25 ausgeführt ist, ist dies nicht beschränkend, und das Transportband 25 kann auch durch andere Arten von flächigen Transportelementen ersetzt werden. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Schneideinrichtung 20 ein flächiges, insbesondere plattenförmiges Transportelement aufweist, mit einer plattenförmigen Auflagefläche, die in und entgegen der Transportrichtung des Tape-Bandmaterials 2 verfahrbar ist. Beispielhaft kann das flächige Transportelement als eine Metallplatte, eine Kunststoffplatte, eine mit einem Kunststoff oder einem anderen Material beschichtete oder überzogene Metallplatte oder Kunststoffplatte ausgeführt sein, die mittels einer Linearführung gelagert und geführt wird, und die mittels einem Verfahrantrieb parallel zur Transportrichtung des Tape-Bandmaterials hin- und herbewegt werden kann. Das Tape-Bandmaterial 2 und/oder die abgetrennten Tapes 5 kommen dabei auf der von der Oberfläche des plattenförmigen Transportelements gebildeten Auflagefläche zur Ablage. Das plattenförmige Transportelement kann insbesondere auch mit einer Vakuumeinrichtung zu einem sogenannten „Vakuumkasten“ integriert werden, wobei die Vakuumeinrichtung einen Unterdruck erzeugt, mit dem das Tape-Bandmaterial 2 und/oder abgetrennte Tapes 5 auf der Auflagefläche gehalten werden.
-
Darüber hinaus ist es ebenfalls denkbar, auch die Zuführungseinrichtung 30 und/oder die Legeeinrichtung 40 in entsprechender Weise anstelle wie vorstehend beschrieben mit Transportbändern 31, 41 ebenfalls mit flächigen Transportelementen, wie insbesondere plattenförmigen Transportelementen, auszubilden, die ebenfalls entsprechend in und entgegen der Transportrichtung der Tapes 5 hin- und her bewegt werden können.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Tapelegevorrichtung
- 2
- Tape-Bandmaterial
- 5
- Tape
- 7, 7a
- Legekopf
- 10, 10a
- Materialzuführungseinheit
- 11, 11a
- Antriebswalzen
- 12
- Spule
- 20, 20a
- Schneideinrichtung
- 21, 21a
- Schneidmesser
- 22
- Kulisse
- 23
- Schneidplatte
- 24
- Deckplatte
- 25, 25a
- Transportband
- 26
- Umlenkrollen
- 27
- Leitblech
- 28
- Drehgelenk
- 29
- Auflageplatte
- 30, 30a
- Zuführungseinrichtung
- 31, 31a
- Transportband
- 32
- Umlenkrollen
- 33
- Abwurfbehälter
- 40, 40a
- Legeeinrichtung
- 41, 41a
- Transportband
- 42
- Umlenkrollen
- 50
- Legetisch
- 60
- Transportrichtung
- B
- Breite
- Z
- Drehachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2014/083196 A1 [0014]
- US 8048253 B2 [0016]