用于制造纤维预成形件的设备与方法
【专利说明】用于制造纤维预成形件的设备与方法
[0001]本申请是申请日为2012年I月27日的申请号为201280017366.9 (国际申请号为PCT/EP2012/051309)发明名称为制造纤维预成形件的设备与方法的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种用于制造纤维预成形件的设备，所述纤维预成形件尤其在制造纤维增强塑料构件时是一种预备物，其中该设备具有多个用于提供多个线或纱的退卷站和多个抓取器，这些抓取器可以分别在线或纱的始端抓取单个或多个线或纱，其中每个抓取器可以在最大位置与拿取位置之间的路径上来回运动，并且其中拿取位置设置在线递送部位上并且拿取位置比最大位置更接近于退卷站。
[0003]此外本发明尤其在使用该设备的情况下涉及一种用于制造纤维预成形件的方法，所述纤维预成形件例如在制造纤维增强塑料构件时是一种预备物，其中该方法具有以下方法步骤:
[0004]-拉紧线或纱，
[0005]-在成形工具上投放线或纱，
[0006]-将投放的线或纱固定成纤维成形件。
【背景技术】
[0007]纤维增强塑料由基质材料构成，该基质材料此外具有刚性并且由纤维组成，所述纤维嵌入基质材料中并且所述纤维此外提供有抗拉强度。纤维增强塑料尤其用于高负荷的构件，所述构件然而应该还要尽可能的轻。因为纤维在横向上不具有强度，所以纤维必须以如下方式取向，即，其纵向长度与相应的负荷方向尽可能一致。为了实现这个目的，纤维经常必须以不同的方向放置。纤维层与负荷越好而精确地匹配，那么该构件也越好。针对由纤维增强塑料组成的构件存在许多制造方法。然而针对多件数的生产，当前仅在旋转对称或板状或绳状的构件中通过缠绕或板按压或绳按压存在可以很好使用的方法。
[0008]相反地，复杂的、高品质的3D结构仅可耗费巨大地制造，这是因为必需的纤维成形件的建立是困难的、缓慢的和昂贵的。高品质的结构大多利用无终端纤维来建立。在许多方法中，纤维成形件首先根据期望的三维的构件形状，即所谓的预形状来制造，所述纤维成形件大多由纤维构成，这些纤维经常以多层重叠地布置，以便得到必要的纤维方向。紧接着，纤维预成形件于是利用基质材料来润湿或涂抹，有时还被按压和最后被硬化。不仅为了制造纤维预成形件而且为了润湿和/或硬化构件可以使用对应于期望的构件形状的成形工具，纤维预成形件或构件放置和/或按压到成形工具上或成形工具中。
[0009]为了使纤维预成形件具有用于进一步处理的足够的形状稳定性，纤维成形件设有少量胶或粘合剂，并且在三维的投放后例如通过干燥或通过加热和冷却来固定。
[0010]纤维成形件大多通过叠置和固定预先制造的和预先连接的平面半成品来制造。这些半成品例如是带子、纺织品、织物或纤维网，其中许多单个的线或纱已经交织、缝合或粘接成平面的外形。也就是说当纤维从线圈或线团中退卷时，在使用无终端纤维时将其称作线。大量不可扭转地同时从线圈或线团退卷的线被称为线束或纱。在此纱可以由最多几万条单线构成，所述单线也被称为细丝。
[0011]像也在DE 10 2008 011 658 Al中公知的那样，必需的单个部件按照一种切割模板从平面半成品切割成，所述半成品大多作为卷材提供。所述单个部件然后放置在成形工具上并且相互连接或按压。DE 10 2008 011 658 Al同样示出通过粘接或缝合来制造这些半成品的例子。尽管如此，很大一部分的手动操作经常是必要的。用于利用由半成品组成的区段来机器制造简单的一维弯曲的预成形件的设备由DE 10 2008 042 574 Al公知，所述预成型件预存在匣子中并且然后存储在芯上。复杂的形状并不可机器地制造。
[0012]用于制造用于更复杂的构件的纤维预成形件的另一可能性是自动化的纤维放置。在此细长的线束或由线束构成的带被纤维放置头件在成形工具上来回引导，并且在此并排地和重叠地放置、按压和固定。对于更复杂的构件来说，纤维放置头件的昂贵的机器人性质的控制是必要的。即使在平行使用两个、三个或甚至四个纤维放置头件的情况下，制造速度还是相对缓慢，这是因为头件通常必须经过长的路径，并且这是因为所述头件连续地以细长的纤维束工作。此外，纤维放置头件具有特别长和复杂的、用于多轴运动的放置头件的线圈架的线跟踪装置。在软管中具有特殊的引导声音的这种线跟踪装置(以便阻止纱的扭转)例如在US 2008/0202691 Al中示出。
【发明内容】
[0013]本发明的任务是创造一种用于制造纤维预成形件的设备和方法，从而更复杂的、高品质的结构也可以能够更轻松地实现自动化地，在形状和纤维取向方面灵活地、快速地且廉价地制造。
[0014]该任务通过具有根据权利要求1的特征的设备解决。其它有利的特征在从属权利要求中提到。
[0015]根据本发明，该设备的特征在于，每个抓取器具有自身的最大位置并且配属于自身的线递送部位，所述抓取器能分别单独地在基本上彼此平行的路径上运动，成形工具能在所述设备中转动，从而由线或纱组成的另一层能安放到由线或纱组成的被投放的、优选也被固定的第一层上，并且以另一纤维方向优选转动约30°、45°、60°或90°。
[0016]由此得到更简单的线引导并且若干抓取器可以同时工作。在设备中也可安放具有不同的纤维方向的多个纤维材料层并且将其拼接成高品质的、匹配于迟些时候的负荷的纤维预成形件。这两点导致放置率(Ablegerate)的明显上升。设备由此通过如下方式设计，即，其适用于线材料或纱材料的大于2kg/min或甚至大于3kg/min的放置率。复杂的机器人控制的线或纱跟踪装置不是必需的，其会导致速度受限。在线跟踪装置中由此额外地得到明显减小的摩擦。得到了良好的自动化实现性并且基于单独的抓取器，设备灵活地适用于制造不同构件并且能够快速地换向。因为取消了通常的平面半成品并且取而代之的是直接由线或纱组成的纤维预成形件被投放和制造，所以材料成本相对于公知的方法来说明显更低。尽管如此，通过平行处理可以达到短的制造时间。但由于预制造，平面半成品是非常贵的。在明显三维的构件中，在使用大平面半成品的情况下此外还存在形成褶皱的危险。另一方面在小平面的情况下，用于切割和连接单个部件的费用会提高。
[0017]多个退卷站可以例如实施成所谓的线圈架。在此线或纱可以从线圈或线团(线桶)中拉出。每个线递送部位从一个或多个退卷站得到线或纱。在线圈或线递送部位上或在它们之间可以存在用于调节或调整的装置并且/或者用于测量线应力的装置。
[0018]在线递送部位上或在线递送部位前可以设置分叉装置，其阻止线的聚合并且提供面状护板。
[0019]此外有利的是，抓取器可以在其路径上占据不同的、个体的中间位置并且抓取器可以在中间位置上固定线或纱的相应的始端。由此可以复制出不同的形状。并且每个抓取器仅拉紧如此多的线，即，其对于形状的相应的部位来说是必需的。
[0020]此外设备可以通过如下方式来设计，S卩，抓取器分别可以在基本上线性的路径上从拿取位置运动到最大位置，这明显简化了用于抓取器运动的设备换位。
[0021]有利地，设备具有至少一个成形工具，该成形工具可以位于线递送部位与至少一些抓取器之间，尤其是从而由此线或纱在成形工具上投放。因而线或纱在成形工具上拉紧并且因此描绘出成形工具的形状。优选地存在另一成形工具，其匹配于第一成形工具地形成，并且可以与该第一成形工具聚在一起，从而线或纱在成形工具之间更精确地成形成期望的三维结构。成形工具的运动方向优选基本上垂直于抓取器的路径。成形工具可以设有按压装置或加热装置，以便于例如激活存在的粘合材料，从而各线或纱相互连接成纤维预成形件。成形工具同样可以作为可更换或可简单分离的部件固定在运动装置上，该运动装置例如是升降台或下降装置。当然也可以设置多件式的成形工具。
[0022]有利的是，单个的抓取器可以随着