用于制造纖維預成形件的設備與方法
【專利說明】用于制造纖維預成形件的設備與方法
[0001]本申請是申請日為2012年I月27日的申請?zhí)枮?01280017366.9 (國際申請?zhí)枮镻CT/EP2012/051309)發(fā)明名稱為制造纖維預成形件的設備與方法的專利申請的分案申請。
技術領域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于制造纖維預成形件的設備，所述纖維預成形件尤其在制造纖維增強塑料構件時是一種預備物，其中該設備具有多個用于提供多個線或紗的退卷站和多個抓取器，這些抓取器可以分別在線或紗的始端抓取單個或多個線或紗，其中每個抓取器可以在最大位置與拿取位置之間的路徑上來回運動，并且其中拿取位置設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)明尤其在使用該設備的情況下涉及一種用于制造纖維預成形件的方法，所述纖維預成形件例如在制造纖維增強塑料構件時是一種預備物，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】
[0007]纖維增強塑料由基質材料構成，該基質材料此外具有剛性并且由纖維組成，所述纖維嵌入基質材料中并且所述纖維此外提供有抗拉強度。纖維增強塑料尤其用于高負荷的構件，所述構件然而應該還要盡可能的輕。因為纖維在橫向上不具有強度，所以纖維必須以如下方式取向，即，其縱向長度與相應的負荷方向盡可能一致。為了實現(xiàn)這個目的，纖維經常必須以不同的方向放置。纖維層與負荷越好而精確地匹配，那么該構件也越好。針對由纖維增強塑料組成的構件存在許多制造方法。然而針對多件數(shù)的生產，當前僅在旋轉對稱或板狀或繩狀的構件中通過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，復雜的、高品質的3D結構僅可耗費巨大地制造，這是因為必需的纖維成形件的建立是困難的、緩慢的和昂貴的。高品質的結構大多利用無終端纖維來建立。在許多方法中，纖維成形件首先根據(jù)期望的三維的構件形狀，即所謂的預形狀來制造，所述纖維成形件大多由纖維構成，這些纖維經常以多層重疊地布置，以便得到必要的纖維方向。緊接著，纖維預成形件于是利用基質材料來潤濕或涂抹，有時還被按壓和最后被硬化。不僅為了制造纖維預成形件而且為了潤濕和/或硬化構件可以使用對應于期望的構件形狀的成形工具，纖維預成形件或構件放置和/或按壓到成形工具上或成形工具中。
[0009]為了使纖維預成形件具有用于進一步處理的足夠的形狀穩(wěn)定性，纖維成形件設有少量膠或粘合劑，并且在三維的投放后例如通過干燥或通過加熱和冷卻來固定。
[0010]纖維成形件大多通過疊置和固定預先制造的和預先連接的平面半成品來制造。這些半成品例如是帶子、紡織品、織物或纖維網，其中許多單個的線或紗已經交織、縫合或粘接成平面的外形。也就是說當纖維從線圈或線團中退卷時，在使用無終端纖維時將其稱作線。大量不可扭轉地同時從線圈或線團退卷的線被稱為線束或紗。在此紗可以由最多幾萬條單線構成，所述單線也被稱為細絲。
[0011]像也在DE 10 2008 011 658 Al中公知的那樣，必需的單個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同樣示出通過粘接或縫合來制造這些半成品的例子。盡管如此，很大一部分的手動操作經常是必要的。用于利用由半成品組成的區(qū)段來機器制造簡單的一維彎曲的預成形件的設備由DE 10 2008 042 574 Al公知，所述預成型件預存在匣子中并且然后存儲在芯上。復雜的形狀并不可機器地制造。
[0012]用于制造用于更復雜的構件的纖維預成形件的另一可能性是自動化的纖維放置。在此細長的線束或由線束構成的帶被纖維放置頭件在成形工具上來回引導，并且在此并排地和重疊地放置、按壓和固定。對于更復雜的構件來說，纖維放置頭件的昂貴的機器人性質的控制是必要的。即使在平行使用兩個、三個或甚至四個纖維放置頭件的情況下，制造速度還是相對緩慢，這是因為頭件通常必須經過長的路徑，并且這是因為所述頭件連續(xù)地以細長的纖維束工作。此外，纖維放置頭件具有特別長和復雜的、用于多軸運動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聲音的這種線跟蹤裝置(以便阻止紗的扭轉)例如在US 2008/0202691 Al中示出。

【發(fā)明內容】

[0013]本發(fā)明的任務是創(chuàng)造一種用于制造纖維預成形件的設備和方法，從而更復雜的、高品質的結構也可以能夠更輕松地實現(xiàn)自動化地，在形狀和纖維取向方面靈活地、快速地且廉價地制造。
[0014]該任務通過具有根據(jù)權利要求1的特征的設備解決。其它有利的特征在從屬權利要求中提到。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，該設備的特征在于，每個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地在基本上彼此平行的路徑上運動，成形工具能在所述設備中轉動，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)選轉動約30°、45°、60°或90°。
[0016]由此得到更簡單的線引導并且若干抓取器可以同時工作。在設備中也可安放具有不同的纖維方向的多個纖維材料層并且將其拼接成高品質的、匹配于遲些時候的負荷的纖維預成形件。這兩點導致放置率(Ablegerate)的明顯上升。設備由此通過如下方式設計，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。復雜的機器人控制的線或紗跟蹤裝置不是必需的，其會導致速度受限。在線跟蹤裝置中由此額外地得到明顯減小的摩擦。得到了良好的自動化實現(xiàn)性并且基于單獨的抓取器，設備靈活地適用于制造不同構件并且能夠快速地換向。因為取消了通常的平面半成品并且取而代之的是直接由線或紗組成的纖維預成形件被投放和制造，所以材料成本相對于公知的方法來說明顯更低。盡管如此，通過平行處理可以達到短的制造時間。但由于預制造，平面半成品是非常貴的。在明顯三維的構件中，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。另一方面在小平面的情況下，用于切割和連接單個部件的費用會提高。
[0017]多個退卷站可以例如實施成所謂的線圈架。在此線或紗可以從線圈或線團(線桶)中拉出。每個線遞送部位從一個或多個退卷站得到線或紗。在線圈或線遞送部位上或在它們之間可以存在用于調節(jié)或調整的裝置并且/或者用于測量線應力的裝置。
[0018]在線遞送部位上或在線遞送部位前可以設置分叉裝置，其阻止線的聚合并且提供面狀護板。
[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的始端。由此可以復制出不同的形狀。并且每個抓取器僅拉緊如此多的線，即，其對于形狀的相應的部位來說是必需的。
[0020]此外設備可以通過如下方式來設計，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動到最大位置，這明顯簡化了用于抓取器運動的設備換位。
[0021]有利地，設備具有至少一個成形工具，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構。成形工具的運動方向優(yōu)選基本上垂直于抓取器的路徑。成形工具可以設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成形件。成形工具同樣可以作為可更換或可簡單分離的部件固定在運動裝置上，該運動裝置例如是升降臺或下降裝置。當然也可以設置多件式的成形工具。
[0022]有利的是，單個的抓取器可以隨著