DE10035237C1 - Verfahren und Produktionsanlage zum Herstellen von schalenförmigen, fasermatten-verstärkten Kunststoffteilen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Produktionsanlage zum Herstellen von schalenförmigen, faserverstärkten Kunststoffteilen. Erfindungsgemäß sollen die Kunststoffteile rationell, automatisiert, verfahrens- und werkstückflexibel und betriebssicher herstellbar sein. Dazu sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: Ein werkstückentsprechender Zuschnitt der Endlosfasermatte wird automatisiert durch Industrieroboter auf einen die Matrize umgebenden Spannrahmen abgelegt und vom Spannrahmen klemmend und gegen definierten Widerstand nachgleitend übernommen. Eine dazu erforderliche weiträumige Zugänglichkeit wird dadurch geschaffen, daß eine aus Matrize und Spannrahmen bestehende, horizontalbewegliche Einheit vorübergehend vollständig aus der Umformpresse herausbewegt und nach Abschluß des Bestückens wieder in die Umformpresse zurück bewegt wird. Der abgelegte Zuschnitt wird mittels einer robotergeführten Sprühdose mit Matrixharz besprüht. Durch Schließen des Formwerkzeuges wird unter Aufrechterhaltung einer abgestimmten Zuschnitt-Zugspannung dieser falten- und anrißfrei in die Matrize drapiert, der Zuschnitt dabei in die gewünschte Schalenform umgeformt, zugleich das Matrixharz in die Faserzwischenräume gepreßt und eingeschlossene Luft daraus verdrängt. Die harzgetränkte Fasermatte wird während einer abgestimmten Zeitspanne in dem umgeformten und gepreßten Zustand gehalten und dabei das Matrixharz innerhalb des Formwerkzeuges thermisch ausgehärtet. Nach dem Öffnen ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Produktionsanla­ ge zum Herstellen von schalenförmigen, faserverstärkten Kunst­ stoffteilen, insbesondere aus Zweikomponenten-Kunstharz.

In einem Beitrag auf der Kunststofftechnik-Tagung "PUR-Technik 1996" in München vom 31.01.-1.02.1996 ist von Kleinholz et al. ein Verfahren unter dem Titel "Trägerteile für Automobilinnen­ verkleidungen aus naturfaserverstärktem PUR-Harz" behandelt; die entsprechenden Ausführungen sind in dem dabei herausgege­ benen Konferenzbericht (PUR-Technik 1996, VDI-Verlag, ISBN 3-18-234193-6) auf den Seiten 17-30 abgedruckt. Nach dem be­ kannten Verfahren sollen Rohteile für Türinnenverkleidungen von Pkw-Türen hergestellt werden, bei denen Naturfasermatten (Flachs, Sisal, Jute u. a.) in Polyurethan (PUR) als Matrix­ kunstharz eingebettet sind. Die Fasermatten werden aus mehre­ ren, aus aufgeschlossenen Naturfasern gebildeten Faservliesen, in denen die einzelnen Naturfasern in Wirrlage enthalten sind, durch Nadeln zu einem einheitlichen Faserverbund verfilzt und vom Mattenhersteller in Vorratsrollen angeliefert. Bei der Herstellung von Türinnenverkleidungen werden maßlich auf sie abgestimmte Zuschnitt-Teile von der Fasermattenbahn abge­ schnitten und zunächst auf einen bestimmten Trockengehalt der Naturfasern konditioniert. Auf den flachen Zuschnitt werden die definiert angemischten Komponenten für das PUR-Harz in ab­ gestimmter Menge je Flächeneinheit durch einen Roboter aufge­ sprüht, wobei die Harzbelegung je nach örtlicher Bauteilbean­ spruchung lokal unterschiedlich sein kann. Der beharzte Mat­ tenzuschnitt wird manuell in die Matrize der geöffneten Um­ formpresse eingelegt, wobei aus Hartplastik bestehende Einle­ geteile, an denen Befestigungsstellen der Türinnenverkleidung ausgebildet sind, zuvor ebenfalls manuell in die Matrize eingelegt wurden. Sie verbinden sich beim Verpressen mit dem Roh­ teil, wobei das PUR-Harz als Klebstoff dient. Der Preßvorgang erfolgt bei Temperaturen oberhalb 100°C und dauert etwa 40 bis 70 Sekunden. Nach dem Pressen kann das Rohteil entnommen werden, muß jedoch noch in einer gesonderten Abkühlvorrichtung auf Raumtemperatur abgekühlt werden, um ein Verziehen zu ver­ meiden. Nach diesem Verfahren lassen sich jedoch nur Vliese mit hoher Dehnfähigkeit in nennenswertem Ausmaß faltenfrei um­ formen. Das in der genannten Literaturstelle hergestellte Werkstück - Türinnenverkleidungen für Pkw-Türen - stellt in dieser Hinsicht keine hohen Anforderungen. Nicht dehnfähige Fasermatten aus geordneten, sich kontinuierlich und geradlinig über die gesamte Fasermatte hinweg erstreckenden Langfasern können in diesem Verfahren allenfalls zu wenig profilierten Werkstücken umgeformt werden. Sollen stärker profilierte Werk­ stücke nach diesem Verfahren unter Einsatz von nicht dehnfähi­ gen Fasermatten hergestellt werden, so müssen diese Fasermat­ ten in einem separaten Verfahren zuvor zu werkstück-angepaßten Vorformlingen verarbeitet werden. Das setzt jedoch voraus, daß die Fasern der Matte an den Zwickeln der gegenseitigen Über­ kreuzung mit Kunststoff gebunden sind. Eine solche Umhüllung der Fasern mit thermoplastischem Kunststoff verteuert jedoch die Fasermatten.

In dem vom Institut für Kunstsoffverarbeitung, Aachen heraus­ gegebenen und im VDI-Verlag erschienen Buch "RTM/SRIM: Serien­ fertigung von Faserverbundbauteilen" (ISBN 3-18-990015-9) be­ schreibt der Beitrag 2 von A. Bruns "Entwicklung und Produkti­ on von Bauteilen im Harzinjektionsverfahren RTM" (Seiten 28- 36) unter der Rubrik Anwendungsbeispiele u. a. eine Anlage zur Herstellung von Außenschalen von Fahrradschutzhelmen. In eine offene Matrize eines Umformwerkzeuges werden Verstärkungszu­ schnitte einer Fasermatte aus Polyethylenfasern trocken einge­ bracht. Erforderlichenfalls können Einlegeteile, die lokal feinere Strukturen des späteren Werkstückes abbilden, zuvor in die Matrize eingelegt werden. Durch das Schließen des Umform­ werkzeuges wird der Fasermattenzuschnitt in die durch die Werkzeugform vorgegebene räumliche Form drapiert. Damit der Zuschnitt sich faltenfrei in die Form einlegen läßt, muß er an geeigneten Stellen mit Einschnitten versehen sein oder es müs­ sen mehrere, die Schalenstruktur jeweils nur partiell abdec­ kende, sich am Rand überlappende Zuschnitte verwendet werden. Nach dem Schließen des Umformwerkzeuges wird in die Faser­ struktur der Matte ein reaktionsfähiges Harzgemisch eines du­ roplastisch aushärtbaren Kunstharzes (z. B. Epoxidharz (EP), Venylesther (VE), ungesättigte Polyesther (UP) u. a.) z. B. im Vakuum-Injektionsverfahren injiziert und die eingelegten Zu­ schnitt-Teile der Fasermatte damit imprägniert. Das Matrixharz kann dann aushärten. Die Umformpresse hat zur Steigerung der Jahresproduktion drei Werkzeugsätze, so daß drei Helmschalen in einem Zyklus quasi-simultanen hergestellt werden können. Zudem besteht jeder Werkzeugsatz aus zwei Unterteilen (Matri­ ze) und aus einem Oberteil (Patrize), wobei die beiden Matri­ zen eines Werkzeugsatzes von gegenüberliegenden Seiten der Um­ formpresse her in diese hinein unter die Patrize bewegt werden können. Aufgrund einer solchen Ausgestaltung der Umformpresse kann während der Reaktionszeit des einen Werkstückes die ande­ re Matrize für einen neuen Arbeitszyklus vorbereitet, d. h. ge­ säubert und mit Neuteilen bestückt werden. Die beiden Matrizen jeweils eines Werkzeugsatzes können wechselweise in die Preß­ position unterhalb der Patrize einerseits und in eine seiten­ versetzte, außerhalb der Presse liegende Vorbereitungsposition andererseits gebracht werden. Dadurch kann die Reaktionszeit des Harzes ausgenutzt werden für das Vorbereiten eines neuen Arbeitszyklus'. Nachteilig an dem bekannten RTM-Verfahren ist, daß die damit hergestellten schalenförmigen Teile eine unter­ brochene Faserverstärkung aufweisen. Will man dies vermeiden, so müssen - wie weiter oben bereits erwähnt - gesondert vorge­ fertigte Vorformlinge aus teureren Fasermatten verwendet wer­ den.

In dem gleichen oben erwähnten Buch befaßt sich der Beitrag 1 (Seiten 1-27) von Michaeli et al. "Preformherstellung-Um­ formen" u. a. mit der Anlagentechnik zur Herstellung von Vor­ formlingen aus hochporösen Matten aus Kunststoff-Fasern. Die Matten - insbesondere locker geschlagene Gewebe oder Gelege aus Glasfasern oder Glasfaser-Rovings - sind nicht nur leicht biegsam, sonder auch unter geringem Widerstand in sich scherbar. Eine derartige Matte paßt sich - ähnlich wie ein Blech in einem Tiefziehprozeß - in erstaunlichem Ausmaß an räumlich vorgegebene Oberflächenkonturen an, wenn die Matte während der Umformung vom Rand her unter Zugspannung gehalten wird. Um das Verformungspotential der Faserstrukturen voll ausschöpfen zu können, sind zum Umformen zweigeteilte Formwerkzeuge aus Ma­ trize und Patrize notwendig. Um die Fasermatten nach ihrer Um­ formung in der neuen Form stabilisieren zu können, sind die Fasern derartiger Umformmatten mit einem feinen Pulver eines niedrig schmelzenden Thermoplasts oder eines thermisch reakti­ ven Duroplasts dotiert, wobei sich dieses bevorzugt am Faser­ umfang im Bereich von Überkreuzungsstellen der Fasern zwickel­ weise festsetzt. Der Binder wird thermisch durch Erwärmen der Matte während der Umformung aktiviert und durch anschließendes Abkühlen stabilisiert. Der so hergestellte Vorformling ist nur sehr schwach in seiner neuen Gestalt stabilisiert und muß vor­ sichtig gehandhabt werden. Seine Fasermatte ist noch hochporös und aufnahmefähig für ein Matrixharz. In einem in dieser Lite­ raturstelle geschilderten Beispiel einer Verfahrensanlage ist eine Abrollstation mit drei Vorratsrollen von Fasermattenbah­ nen vorgesehen, deren Einzelbahnen zu einer dreilagigen Bahn zusammenlaufen. Durch einen sich quer über die Bahn erstrec­ kenden, hubantreibbaren Schermesserbalken werden daraus ein­ zelne Zuschnitte entsprechend einem gewünschten Werkstück ab­ gelängt. Jeweils ein Zuschnitt wird in einer Erwärmungsstation durch Strahlung und/oder Konvektion auf Erweichungstemperatur des Bindungskunststoffs erwärmt, in erwärmtem Zustand rasch in einen Spannrahmen eingespannt und beides - Spannrahmen mit Zu­ schnitt - in die Umformpresse mit Matrize und Patrize zum Um­ formen eingeschoben. Der Spannrahmen zur Fixierung des Matten­ randes ist der Bauteilgeometrie angepaßt und bezüglich seiner Randeinspannung so beschaffen, daß der eingeklemmte Mattenrand unter Zug aus der Einklemmung herausgleiten kann. Dies wird durch spezielle Reibelemente erreicht, die mit definierter, durch Pneumatikzylinder vorgebbarer Klemmkraft anpreßbar sind und ein Nachgleiten des Fasermaterials während der Umformung ermöglichen. Die Klemmkraft muß so eingestellt werden, daß die Fasern beim Umformen weder reißen (Klemmkraft zu groß), noch daß die Fasermatte Falten wirft (Klemmkraft zu klein). Die so zu einem Vorformling umgeformte Fasermatte muß noch so lange in dem geschlossenen Werkzeug gehalten werden, bis die Faser­ matte wieder abgekühlt und der Bindungskunststoff an den Kno­ tenstellen erhärtet ist. Anschließend kann der Vorformling, der nun eine gewisse Eigensteifigkeit hat und manuell oder z. B. durch Nadelgreifer unter Beibehaltung seiner Form vor­ sichtig handhabbar ist, aus dem Unterwerkzeug und dem Spann­ rahmen entnommen werden. Vor einer Weiterverarbeitung des Vor­ formlings z. B. in dem zuvor geschilderten Verfahren zu einem Faserverbund-Kunststoffteil muß der im Spannrahmen verbliebene Rand des Vorformlings noch beschnitten werden.

In der Dissertation U. P. Breuer: Beitrag zur Umformtechnik gewebeverstärkter Thermoplaste, VDI Fortschrittberichte, Reihe 2: Fertigungstechnik Nr. 433, VDI Verlag 1997 (ISBN 3-18- 343302-8) ist u. a. ein Verfahren zum Herstellen von schalen­ förmigen, faserverstärkten Kunststoffteilen aus sog. Organo­ blechen beschrieben. Bei diesem Halbzeug handelt es sich um blechähnliche, quasi-endlose Bahnen, die aus Matten aus anor­ ganischen Fasern - insbesondere Glas- oder Karbonfasern - mit einem Thermoplast als Matrixharz bestehen und die meist im Coil an den Weiterverarbeiter angeliefert werden. Daraus wer­ den werkstückentsprechende Tafeln in gewünschten Abmessungen abgelängt, diese auf Fließtemperatur des thermoplastischen Ma­ trix-Kunststoffs erwärmt und in eine Umformpresse eingelegt. Um das erwärmte und erweichte Organobleche faltenfrei zwischen Matrize und Patrize umformen zu können, wird es während der Umformung in gespanntem Zustand gehalten, wobei der jeweils lokale Spannungszustand werkstückabhängig empirisch optimiert werden muß. Um die Matrize herum ist ein Spannrahmen angeord­ net, in den der Rand des erweichten Organoblechs eingespannt wird. Die Klemmbacken sind als eine Vielzahl schmaler Rollen ausgebildet, deren jede jeweils mit einer einstellbaren Brems­ einrichtung versehen ist. Dadurch ist ein Nachgleiten des Or­ ganobleches aus der Randeinspannung während der Umformung un­ ter einer einstellbaren Zugkraft ermöglicht. Nachteilig an dieser Art der Randeinspannung ist, daß der Bauaufwand für diese Randeinklemmung sehr groß ist und diese demzufolge nicht nur in der Herstellung recht teuer ist, sondern im Betrieb auch häufige Störungen erwarten läßt. Außerdem ist es nicht möglich, den Rand lückenlos mit den Bremsrollen festzuhalten. Vielmehr lassen sich zwischen benachbarten Bremsrollen mehr oder weniger breite spannungsfreie Streifen konstruktiv nicht vermeiden, an denen sich Falten bilden können.

Auch das in der DE 198 29 352 A1 gezeigte Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Herstellung schalenförmiger Formkörper aus ge­ webeverstärktem Kunststoff geht von dem sog. Organoblech als Vorprodukt bzw. Halbzeug aus. Bei dem dort gezeigten Verfahren ist dem die gewünschte Endform herbeiführenden Formvorgang im Formwerkzeug ein Vorformschritt vorgeschaltet. Es handelt sich also um eine zweistufige Umformung mit Vorformung und endgül­ tiger Formgebung. Während der Vorformung wird ein der Form­ werkzeug-Gravur nur sehr grob angenäherter Stempel in die über dem Formwerkzeug ausgespannte, erweichte Kunststoffplatte hin­ eingedrückt und das Material so der formbestimmenden Gravur grob angenähert. Erst anschließend wird durch unterseitiges Vakuum und oberseitigen Überdruck das Material vollständig an die Gravur angedrückt und so die endgültige Form im Schalenma­ terial herbeigeführt. Auch die bei diesem Verfahren vorgesehe­ ne nachgiebige Randeinklemmung der gewebeverstärkten Kunst­ stoffplatte ist zweistufig ausgebildet. Und zwar kann die Kunststoffplatte beim Vorformen weitgehend reibungsfrei aus der Randeinklemmung nachgleiten, wogegen während der endgülti­ gen Formgebung randseitig eine der Verformung entgegenwirken­ de, gleichbleibenden Zugspannung ausübbar ist, die eine weit­ gehend faltenfreie Verformung erlaubt. Dazu wird der Platten­ rand zwischen zwei Rahmen eingeklemmt, von denen der eine ortsfest dem Formwerkzeug zugeordnet ist und der andere im Pressenschließzustand relativ zum Formwerkzeug hubbeweglich ist. Er wird mit durch Federn vorbestimmte Kraft, die während der Vorformung gering und während der endgültigen Formgebung groß ist, an den unteren Rahmen angepreßt. Mit einem solchen, durch Federkraft anpreßbaren Rahmenpaar kann jedoch während der Umformung nur eine am gesamten Umfang des Plattenrandes gleichbleibende Zugkraft auf die Kunststoffplatte ausgeübt werden. Im übrigen ist diese Lösung nicht ohne weiteres auf lose Fasermatten übertragbar, die sich zum einen anisotrop verhalten - in Fadenrichtung unnachgiebig; diagonal zur Faden­ richtung nachgiebig - und die zum anderen der Gefahr unterlie­ gen, am Rand leicht aufzuspleißen.

Problematisch bei allen von losen Fasermatten ausgehenden Ver­ fahren ist die Handhabung der Fasermatten. Zwar sind die ge­ schilderten, diesbezüglich Anlagen so ausgelegt, daß die Mat­ tenzuschnitte, ausgehend von wenigstens einer aufgewickelten Materialbahn, entlang einer linearen Folge von unmittelbar an­ einander anschließenden Arbeitsstationen befördert werden, wo­ bei jedoch offen bleibt, wie dies konkret geschieht. Es ist denkbar, daß die Zuschnitte auf flachen Fördergurten oder auf einer Schar mehrerer parallel zueinander verlaufender Förder­ riemen getragen werden. Soll hingegen der Mattenzuschnitt z. B. nach dem Erwärmen rasch in einen Spannrahmen übergeben werden, so bereitet dies erhebliche konstruktive und betriebliche Pro­ bleme. Im übrigen sind eng verkettete Fertigungsstraßen auf­ grund ihrer starren Stationenfolge zum einen störanfällig, weil eine Störung in irgend einer Station die gesamte Straße stillsetzt. Der Verfügungsgrad derartiger Fertigungsstraßen ist daher in der Regel nicht optimal. Zum anderen ist eine fördertechnisch starr verbundene Folge von Arbeitsstationen wenig flexibel und läßt sich nicht ohne weiteres auf ein ande­ res Produkt oder eine modifizierte Verfahrensfolge umrüsten.

Bei einer manuellen Handhabung der Zuschnitte läßt sich zwar eine Fertigungsanlage flexibel auslegen und betreiben, jedoch müssen dann die Matten oder Werkstücke von Menschen gehandhabt werden, was nicht nur monoton und auch körperlich belastend, sondern aufgrund des hohen Personaleinsatzes insbesondere in einem Mehrschichtbetrieb auch teuer ist.

Ein weiterer Problempunkt bei den bekannten Verfahren bzw. An­ lagen stellt der Zustand am Rand der Zuschnitteile dar, der mehr oder weniger stark verzogen oder ausgefranst ist, wobei die Fasern mehr oder weniger stark aufgespleißt sein können, insbesondere wenn es sich - wie meist - um locker gebundene Gewebe oder Gelege von oberflächlich glatten Fasern, z. B. Glasfasern, handelt. Häufig sind die Ränder der Zuschnitte bereits unmittelbar nach dem Schneiden aufgespleißt, wenn das Schneidmittel stumpf geworden ist. Auch durch ein manuelles Handhaben großer Zuschnitte läßt sich eine Gewebeaufspleißung am Rand häufig nicht vermeiden. Verzogene oder ausgefranste Ränder der Zuschnitteile können jedoch zum einen zu Betriebs­ störungen und zum anderen sogar zu Ausschußteilen führen.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Auf­ gabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Produktionsanlage zum Herstellen von schalenförmigen, faserverstärkten Kunst­ stoffteilen aufzuzeigen, das bzw. die ohne nennenswerte Ein­ schränkungen hinsichtlich des Ausmaßes der Werkstückprofilie­ rung leichter automatisierbar, dabei aber gleichwohl in der Verfahrensausgestaltung flexibel und im übrigen rationell und betriebssicher ist.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 1 und bezüglich der Produktionsanlage durch die Gesamtheit der Merkmale von Anspruch 15 gelöst.

Danach wird ein Bündel von verschiedenen, jedoch gemeinsam auf eine Lösung der zugrundeliegenden Aufgabe abzielenden Maßnah­ men vorgeschlagen. Zum einen wird das Herstellungsverfahren in der Schrittfolge vereinfacht, indem das faltenfreie Umformen der Fasermatten in die gewünschte Schalenform einerseits und das Aushärten der getränkten Fasermatte in dem Formwerkzeug andererseits zu einem einzigen Verfahrensschritt vereinigt sind. Außerdem werden Fasermatten nur in trockenem Zustand ge­ handhabt, was einen störungsfreien Verfahrensablauf sehr begünstigt. Die Verfahrensschritte sind im übrigen so gestaltet, daß alle beteiligten Komponenten, nämlich etwaige Einlegetei­ le, eventuell einzulegende partielle Vorformlinge, die werk­ stückentsprechenden Zuschnitteile und das Matrixharz, automa­ tisiert durch Industrieroboter gehandhabt werden können. Der dazu erforderliche Freiraum oberhalb der Matrize, an der die erwähnten Handhabungsvorgänge stattfinden, wird durch eine ho­ rizontale Beweglichkeit der Matrize und durch vorübergehendes Herausfahren derselben aus der Umformpresse geschaffen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in folgen­ dem:

• - Vereinfachtes und abgekürztes Verfahren,
• - flexible Gestaltung des Verfahrensablaufes,
• - faltenfreier Verlauf der Fasermatte trotz hoher Profilie­ rung der Schalenform des Werkstücks,
• - hoher Automatisierungsgrad,
• - vereinfachtes Teilehandling,
• - Vermeidung der Handhabung von harzbenetzten Teilen,
• - dadurch höhere Anlagenverfügbarkeit.

Von den zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung sei an die­ ser Stelle die nach Anspruch 4 (Verfahren) und die nach An­ spruch 15 (Einrichtung) besonders hervorgehoben, nämlich das Abtrennen der werkstückentsprechenden Zuschnitte von der be­ vorrateten Fasermattenbahn durch eine hochrotierende schmale Schleifscheibe, insbesondere durch eine sog. Trennscheibe, wie sie in Winkelschleifern zum Trennen von Metallteilen oder Steinplatten zum Einsatz gelangen. Diese Schneidtechnik ist in der vorliegenden Anwendung nicht nur nahezu verschleißfrei, sondern führt beim Trennen von Fasermatten selbst bei längerem Einsatz zu einem stets gleichbleibend sauberen, d. h. fransen­ freien und verzugfreien Schnitt. Die Fasern werden beim Tren­ nen der Fasermatte weniger durchgeschliffen, als vielmehr auf­ grund der hohen Auftreffgeschwindigkeit eines Schleifkorn der schmalen Schleifscheibe auf die ortsfest gehaltenen Fasern trägheitsbedingt lokal abgeschlagen. Sollten sich die Schleif­ körner am Umfang der Schleifscheibe im Laufe eines längeren Einsatzes verschleißbedingt gerundet und/oder abgeflacht haben - dies zeigt sich selbsttätig dadurch an, daß der Widerstand beim Vorschub der Schleifscheib zunimmt -, so kann durch einen Abrichtvorgang mit einem Abrichtwerkzeug, welches z. B. ein Diamantkorn, ein Diamantvließ und/oder sonstige gebundene Hartpartikel enthält, der Umfang der Schleifscheibe wieder aufgerauht werden. Es ist allenfalls denkbar, daß nach sehr langer Einsatzzeit aufgrund vieler solcher Abrichtvorgänge an der Schleifscheibe eine Abnützung auftreten kann. Diese kann ohne weiteres durch eine entsprechende Erhöhung der Schleif­ scheibendrehzahl kompensiert werden, so daß die Fasermatten weiterhin mit annähernd gleichbleibender Umfangsgeschwindig­ keit getrennt werden können.

Die überraschend hohe Standzeit der Schneidorgane der hier vorgeschlagenen Trenntechnik für Fasermatten ist bei näherer Betrachtung plausibel. Das Verschleißvolumen der geometrisch unbestimmten "Schneiden" - in Wahrheit sind es Schlagkanten - der vorgeschlagenen Schleifscheiben ist ungleich höher als das Verschleißvolumen der geometrisch definiert geformten konven­ tionellen Schneidorgane, seien es rotierende oder oszillieren­ de Messer, seien es oszillierende, lokal begrenzt schneidende Scheren oder seien es Schermesserbalken, die mit einem Hub die gesamte Bahnbreite durchtrennen. Die vielen Schleifkörner am gesamten Umfang der Schleifscheibe stehen mit ihrer unbestimm­ ten Schneidengeometrie als effektvolle Trennorgane so lange zur Verfügung, als sie nicht abgeflacht oder verrundet sind. Bei den konventionellen Schneidorganen ist das Verschleißvolu­ men in jedem Fall auf einen sehr schmalen, unmittelbaren Kan­ tenbereich der geometrisch definiert geformten Schneide be­ schränkt. Dieser Bereich ist nur sehr klein, insbesondere wenn man oszillierende Messer oder Scheren in Betracht zieht, die langsam quer über die Breite der Fasermattenbnahn hinweg durch diese hindurch bewegt werden. Sobald die definiert geformte Kante nicht mehr exakt scharfkantig und schartenfrei ist, be­ ginnen die Schneidorgane zu haken und zu reißen, was sich in Form eines verzogenen, unsauberen und fransigen Schnittrandes zeigt. Das Schneidorgan muß dann gegen ein neues Ausgetauscht werden.

Nachdem vorliegend vor allem Fasern aus anorganischem Materi­ al. wie z. B. Glasfasern, Keramikfasern oder Karbonfasern, zum Einsatz kommen sollen, ist die Verschleißfrage der Trennein­ richtung und ein gleichbleibend sauberer Schnitt von besonde­ rer Bedeutung. Die o. g. verschleiß-kritischen Fasern führen bei Einsatz von konventionellen Schneidvorrichtungen wie vor­ schubbeweglichen, oszilierenden Messern oder Scheren oder von Schermesserbalken zu einem relativ raschen Verschleiß der Trennorgane und zu einem Reißen an den Schnitträndern, was zu einem unsauberen deformierten und/oder ausgefransten Schnitt­ rand an den Fasermatten führt. Es entstehen daher nicht nur Materialkosten aufgrund einer ständigen Erneuerung der Schneidorgane, sondern in diesem Zusammenhang auch mittelbare und unmittelbare Wartungskosten aufgrund von Personalbindung und Betriebsunterbrechungen. Es ist ohne weiteres einleuch­ tend, daß die hier vorgeschlagene Schneidtechnik auch losge­ löst vom vorliegenden, erfindungsgemäß ausgestalteten Herstel­ lungsverfahren bzw. der erfindungsgemäßen Produktionsanlage überall da genauso vorteilhaft eingesetzt werden kann, wo Mat­ tenbahnen aus anorganischen Fasern sauber durchtrennt werden müssen.

Der Vollständigkeit halber sei in diesem Zusammenhang erwähnt, daß Textilien und auch Fasermattenbahnen für Verstärkungszwec­ ke nach grundsätzlich anderen Methoden mit unbestimmter Schneide abgetrennt werden können, z. B. Ultraschalltrennen, Hochdruck-Wasserstrahltrennen mit oder ohne Partikel im Was­ serstrahl oder Laserstrahltrennen. Nachteilig hieran ist je­ doch der hohe technische Aufwand für die Erzeugung der Schneidenergie. Das Trennen von Materialbahnen mittels eines energiereichen Strahles - Wasser- oder Laserstrahl - erscheint im übrigen nur da vertretbar, wo es auf ein konturtreues Schneiden entlang kompliziert geformter Konturen ankommt, was beim vorliegenden Anwendungsfall jedoch nicht gefordert ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung und deren Vorteile können den jeweiligen Unteransprüchen entnommen wer­ den; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch er­ läutert; dabei zeigen:

Fig. 1 das Lay-out der Produktionsanlage in einer schemati­ sierten Grundrißdarstellung,

Fig. 2 einen partiellen, vertikalen Querschnitt durch die Um­ formpresse mit dem geöffneten Formwerkzeug,

Fig. 3 eine isolierte Draufsicht auf die aus Matrize und Spannrahmen bestehende Einheit einschließlich der sche­ matisiert dargestellten Unterdruckversorgung,

Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IV aus Fig. 2 bezüglich der Spannrahmen-Saugleiste, wobei ein weiteres Detail, die Arbeits-Oberfläche der Spannrah­ men-Saugleiste betreffend, in noch stärkerer Vergröße­ rung herausgestellt ist,

Fig. 5 den Vorgang des Aufsprühens von Matrixharz auf einen auf die Einheit Matrize/Spannrahmen abgelegten Faser­ mattenzuschnitt,

Fig. 6 den Vorgang des Abtrennens eines Fasermattenzuschnittes vom aufgewickelten Vorrat und die Handhabung des Zu­ schnittes durch Industrieroboter,

Fig. 7 eine vergrößerte Einzeldarstellung der Abschneidevor­ richtung,

Fig. 8 eine schamatische Darstellung des Vorschubes der Ab­ schneidvorrichtung und

Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit IX aus Fig. 6, nämlich die eine der beiden Saugleiste für das Handhaben eines Fasermattenzuschnittes einschließlich der Anlenkung eines beweglichen Abdeckbleches.

Die in dem Lay-out nach Fig. 1 angedeutete Produktionsanlage dient in Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Her­ stellen von schalenförmigen, faserverstärkten Kunststofftei­ len. Diese bestehen aus einer wenigstens einlagigen, der Scha­ lenform folgenden Endlosfasermatte und aus einer die Fasern der Fasermatte allseits und porenfrei einbettenden, duropla­ stischen Kunststoffmatrix. Im Ausgangszustand der Fasermatte verlaufen deren Fasern oder Faserbündel 3 geradlinig und er­ strecken sich unterbrechungsfrei über einen werkstückentspre­ chenden Zuschnitt 7. Aufgrund des gestreckten Verlaufes im Mattenverbund können die Fasern auch nach einer Umformung der Matte in die schalenförmige Werkstückform erhebliche Zugkräfte aufnehmen, jedoch ist die Fasermatte - abgesehen von einem vernachlässigbaren geringen, webtechnisch bedingten Betrag - nicht dehnbar. Hingegen sind die Fasermatten aufgrund dessen, daß die Fasern sehr locker gebunden sind, in sich ohne großen Widerstand scherbar, was zur Umformung der Fasermatten ausge­ nutzt wird.

Die dargestellte Produktionsanlage weist eine öffen- und schließbare Umformpresse 20 mit einem aus Matrize 22 und Pa­ trize 23 bestehenden Formwerkzeug 21 auf. Die in der Umform­ presse unten angeordnete Matrize ist allseits von einem Spann­ rahmen 24 für einen auf ihn abgelegten Fasermattenzuschnitt 7 umgeben. Der Spannrahmen 24 ist in räumlich unverrückbarer Zu­ ordnung zur Matrize 22 gehalten, wobei dessen durch die Flach­ seite 30 bestimmte Halterungsebene des Spannrahmens zumindest angenähert mit der Formteilungsebene 25 der Matrize 22 über­ einstimmt. Der Spannrahmen 24 ist derart ausgebildet, daß da­ mit der Rand 8 eines auf dem Spannrahmen 24 abgelegten Zu­ schnittes 7 in der Weise festklemmbar ist, daß bei Zugeinwir­ kung auf den Zuschnitt 7 dessen Rand gegen einstellbaren Wi­ derstand aus der Randeinklemmung herausgleiten kann. Hierauf soll weiter unten noch näher eingegangen werden. Die Matrize 22 und der Spannrahmen 24 sind als eine Einheit 26 horizontalbeweglich auf einer Horizontalführung 41 gelagert und geführt. Dadurch kann die Einheit Matrize/Spannrahmen zwischen einer in der Umformpresse 20 unter der Patrize 23 liegenden Arbeitspo­ sition A einerseits und einer vollständig außerhalb der Um­ formpresse 20 liegenden Vorbereitungsposition V andererseits hin und herbewegt werden.

Neben der Umformpresse 20 sind beim dargestellten Ausführungs­ beispiel zwei Industrieroboter 58 und 58' derart angeordnet, daß die Vorbereitungsposition V der Einheit Matrize/Spannrah­ men innerhalb des Arbeitsbereiches der Industrieroboter liegt. Die Industrieroboter 58 und 58' sind auf bodennahen horizon­ talführungen 68 bzw. 68' verfahrbar und können dadurch die ge­ samte Grundfläche der Produktionsanlage abdecken. Ebenfalls innerhalb des Arbeitsbereiches der Industrieroboter sind fer­ ner Bereitstellungsgefäße 66 zur greifgerechten Bereitstellung von Einlegeteilen 9 aus einem harten Werkstoff (Hartkunst­ stoff, Metall) und von lokal begrenzten Vorformlingen 10 aus Fasermatten angeordnet. Die dargestellten Industrieroboter 58, 58' müssen an ihren Arbeitsarmen entweder mit Doppel- oder Mehrfachwerkzeugen oder mit rasch austauschbaren Werkzeugen bestückt sein, so daß sie unterschiedliche Aufgaben verrichten können. Vorliegend geht es hauptsächlich um das Handhaben ver­ schiedener Gegenstände im Ablauf des Verfahrensprozesses.

Da häufig kleinere Hartteile mit komplizierter Oberflächenge­ stalt und/oder lokal begrenzte Verstärkungsteile aus harzge­ tränkten Fasermatten - sog Vorformlinge - in den herzustellen­ den Kunststoffteilen vorgesehen sind, sind die Industrierobo­ ter mit einem auf die einzulegenden Einlegeteile 9 adaptierten Hartteilegreifer und/oder mit einem auf die einzulegenden Vor­ formlinge 10 adaptierten Textilteilgreifer versehen oder be­ stückbar, was jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist. Der­ artige Greifer und Wechseltechniken für Roboterwerkzeuge sind an sich bekannt.

Neben der Umformpresse 20 ist ferner eine Abwickelstation 50 für eine Fasermattenbahn 2 angeordnet, die eine Halteleiste 57 zum Bereithalten des freien Bahnendes und eine Abschneidvor­ richtung 51 zum Durchtrennen eines abgezogenen Abschnittes ei­ ner Fasermatte neben der Halteleiste 57 aufweist. Zumindest die Halteleiste 57 liegt ebenfalls innerhalb des Arbeitsberei­ ches der Industrieroboter 58, 58'. Auf das Abschneiden der Fa­ sermatte und die dazu vorgesehene Vorrichtung soll weiter un­ ten noch näher eingegangen werden. Die Industrieroboter 58, 58' sind - zumindest in der Verfahrensphase, in der Zuschnitt­ teile 7 abgetrennt und gehandhabt werden sollen - jeweils mit leistenförmigen Greifern 59, 59' zum Abziehen eines Abschnit­ tes von der bevorrateten Fasermattenbahn 2 und zum Handhaben eines abgetrennten Zuschnittes 7 versehen.

Die Industrieroboter 58, 58' lassen sich außerdem mit einer steuerbaren Auftragsdüse 61 zum Aufsprühen eines reaktionsfä­ higen Matrixharzes bestücken. Aufgrund dessen können sie auf einen in der Matrize 22, die sich in der Vorbereitungsposition V befindet, abgelegten partiellen Vorformling oder auf einen auf dem umgebenden Spannrahmen 24 abgelegten Fasermattenzu­ schnitt 7 Matrixharz automatisiert aufzusprühen. Der roboter­ geführten Auftragsdüse 61 werden von eine Vorrats- und Dosier­ station 62 die einzelnen Komponenten des Matrixharzes im rich­ tigen Mischungsverhältnis in separaten flexiblen Verbindungs­ leitungen zugeführt; die Komponenten werden in der Auftragsdü­ se innig vermischt.

Die Vorgehensweise bei der Herstellung von schalenförmigen, faserverstärkten Kunststoffteilen ist dann wie folgt: Die für das automatisierte Beschicken der Matrize 22 und des Spannrah­ mens 24 mit Zuschnitteilen 7 und Matrixharz erforderliche un­ gehinderte und weiträumige Zugänglichkeit zur Matrize 22 und zum Spannrahmen 24 wird dadurch geschaffen, daß eine aus Ma­ trize 22 und Spannrahmen 24 bestehende, horizontalbewegliche Einheit 26 während dieser Phase des Arbeitszyklus' vollständig aus der Umformpresse 20 herausbewegt wird. Nach Abschluß des Bestückens der Matrize 22 und des Spannrahmens 24 wird die Einheit 26 wieder in die Umformpresse 20 und unter die Patrize 23 zurück bewegt.

Vor Ablage eines Zuschnittes 7 auf den Spannrahmen 24 werden erforderlichenfalls zunächst Einlegeteile 9 und/oder lokal be­ grenzte Vorformlinge 10 in die Matrize 22 eingelegt. Zum vor­ sichtigen Handhaben der partiellen Vorformlinge 10 können die erforderlichen Textilteilgreifer zweckmäßigerweise als an sich bekannte Nadelgreifer ausgebildet sein. Sie weisen eine an die Form des Vorformlings adaptierte Negativform mit integrierten Nestern von axialbeweglichen, gegenseitig geneigten Nadeln auf, die in die Fasermatten des Vorformlings einstechbar sind. Alle zuvor in die Matrize eingelegten Vorformlinge 10 werden vor Ablage eines nachfolgenden Zuschnittes 7 auf den Spannrah­ men 24 mit einer abgestimmten Menge an Matrixharz flächendec­ kend eingesprüht.

Nach einem etwaigen Einlegen von Einlegeteilen (inserts) und/oder partiellen Vorformlingen (preforms) wird der werk­ stückentsprechende Fasermattenzuschnitt 2 automatisiert durch die Industrieroboter 58, 58' auf den die Matrize 22 umgebenden Spannrahmen 24 abgelegt und der Zuschnittrand 8 vom Spannrah­ men übernommen. Der abgelegte und festgehaltene Zuschnitt 7 wird - beschränkt auf den die Matrize 22 überdeckenden Bereich - mit einer abgestimmten Menge an reaktionsfähigem Matrixharz flächendeckend besprüht. Dazu wird die beweglich geführte Sprühdüse 61 im Abstand a über den Zuschnitt hin und herbe­ wegt.

Durch anschließendes Zurückbewegen der Einheit 26 Matri­ ze/Spannrahmen in die Umformpresse 20 und Schließen des Form­ werkzeuges 21 wird der Zuschnitt in die Matrize 22 drapiert und dabei in die gewünschte Schalenform umgeformt. Damit die­ ses Drapieren des nicht dehnbaren aber in der Erstreckungsebe­ ne der Fasermatte scherbaren Zuschnitts falten- und anrißfrei erfolgen kann, wird durch den Spannrahmen eine abgestimmte Zugspannung im Zuschnitt 7 aufrechterhalten, wobei der Rand aus der Randeinspannung herausgleiten kann.

Während des Drapierens des Zuschnittes 7 in die durch die Ma­ trize 22 vorgegebene Schalenform gleitet der Zuschnittrand 8 aus der Randeinklemmung seitens des die Matrize 22 umgebenden Spannrahmens 24 nach innen nach. Zum Aufrechterhalten einer bestimmten Zugspannung im Zuschnitt 7 während dieser Drapier­ phase wird der Zuschnittrand 8 oberflächlich auf einer be­ stimmten Breite abgedeckt und die Abdeckung 36 einschließlich Zuschnittrand 8 mit definierter Kraft an die luftdurchlässige Oberseite 30 des evakuierten Spannrahmens 24 angesaugt. Diese flächendeckende und örtlich unterbrechungsfreie Randeinklem­ mung ist baulich sehr einfach realisierbar und für ein falten­ freies Drapieren in sofern besonders vorteilhaft, als punktu­ elle oder unterbrochene Einklemmungen vermieden werden, was auch für den Zuschnitt selber schonend ist. Prozeßtechnisch von besonderem Vorteil an der Vakuumklemmung ist, daß mit ihr zeitliche und sektorale Veränderungen der Vakuumklemmung leicht bewerkstelligt werden können. Zu diesem ist der Spann­ rahmen sektoral in unterschiedliche Kammern 35 unterteilt, so daß die Abdeckung 36 nebst Zuschnittrand 8 während der Dra­ pierphase sektoral mit unterschiedlicher Kraft an den sektoral unterschiedlich stark evakuierten Spannrahmen 24 angesaugt werden kann.

Während der Drapierphase kann die Abdeckung nebst Zuschnitt­ rand auch zeitlich mit veränderlicher Kraft an den Spannrahmen 24 angesaugt werden, indem das den Spannrahmen 24 oder die Sektoren evakuierende Vakuum zeitlich verändert wird. Dies kann durch regelbare Bypassdrosseln geschehen, die - ausgehend von einem leistungsfähigen und in konstanter Höhe anstehenden Primärvakuum - lokal und/oder zeitlich mehr oder weniger Au­ ßenluft in die evakuierte Spannrahmenleiste eindringen und demgemäß das dort wirksame Vakuum mehr oder weniger stark ab­ sinken läßt. Zusätzlich zu der Vakuumanpressung kann der Zu­ schnittrand 8 während der Drapierphase durch die Abdeckung 36 mechanisch an die Oberseite 30 des Spannrahmens 24 mit vorein­ stellbarer Kraft angedrückt werden, die zu diesem Zweck eigen­ steif ausgebildet ist und in geschlossenem Zustand des Werk­ zeugs durch eine Folge von Federn 37 elastisch an den Spannrahmen vorgespannt ist. Durch diese Vorspannug der Abdeckung kann eine gewisse, zeitlich konstant bleibende Grundkraft der Randeinklemmung vorgesehen oder eingestellt werden, die sich der Klemmkraft seitens der Vakuumklemmung überlagert. Über den Umfang der Abdeckung 36 hinweg kann die Vorspannung der Federn 37 unterschiedlich hoch eingestellt werden, so daß die mecha­ nische Grundkraft der Randeinklemmung peripher unterschiedlich groß sein kann.

Zugleich mit dem Umformen des Zuschnitts 7, vor allem aber ge­ gen Ende der Drapierphase und danach, wird das Matrixharz in die Faserzwischenräume gepreßt und eingeschlossene Luft daraus verdrängt. Anschließend wird die harzgetränkte Fasermatte 7 während einer abgestimmten Zeitspanne in dem umgeformten und gepreßten Zustand gehalten und dabei das Matrixharz innerhalb des Formwerkzeuges 21 durch Wärmeeinwirkung ausgehärtet.

Wegen des thermischen Aushärtens des Matrixharzes sind die Pa­ trize und die Matrize also beheizbar ausgebildet; sie werden während des Produktionsbetriebes auf Aushärtetemperatur tempe­ riert. Da in der Vorbereitungs- oder Bestückungsphase die harzgetränkten Vorformlinge 10 oder Zuschnitte 7 die Patrize nicht berühren, braucht die Patrize 23 nicht gekühlt zu wer­ den. Eine Kühlung der Matrize 22 kann im übrigen auf den Be­ reich beschränkt sein, in dem Vorformlinge aufgelegt und mit Matrixharz getränkt werden. Unter Umständen kann auf ein vor­ heriges Besprühen kleinerer und/oder in der Lagenzahl schwä­ cherer Vorformlinge verzichtet werden, wenn statt dessen an der betreffenden Stelle der Mattenzuschnitt 7 entsprechend stärker besprüht wird. Wegen einer Entbehrlichkeit einer Küh­ lung der Patrize 23 und weitgehend auch der Matrize 22 können relativ kurze Aushärtezeiten realisiert werden, weil ein zy­ klisches Abkühlen und Anwärmen der Werkzeugteile nicht oder zumindest nicht vollständig erforderlich ist. Die fertigen Werkstücke können außerhalb des Formwerkzeuges abkühlen, wobei die Ablage des frisch entnommenen Kunstoffteiles in einer ne­ gativ entsprechenden, gekühlten Formschale von Vorteil ist, um ein Verziehen zu vermeiden.

Nach dem Öffnen des Formwerkzeuges 21 wird das ausgehärtete Kunststoffteil 1 entnommen. Nach dem Abkühlen desselben wird der außerhalb der gewünschten Schalenform des Werkstücks lie­ gende, dem Ausspannen des Zuschnitts 7 während der Umformphase dienende Zuschnittrand 8 vom Werkstück abgetrennt. Dieses Be­ säumen der Schalenform des Werkstücks, d. h. das Abtrennen des Zuschnittrandes 8 vom Werkstück, erfolgt zweckmäßigerweise durch eine hochrotierende schmale Schleifscheibe. Dieser Ar­ beitsschritt erfolgt jedoch außerhalb der dargestellten Pro­ duktionsanlage in einer gesonderten Arbeitsstation. Die er­ wähnte Schleifscheibe - beispielsweise ein handelsüblicher Handwinkelschleifer mit eingesetzter Trennscheibe für Metall oder Stein - kann durch einen programmierbaren Industrierobo­ ter der Begrenzungskontur des schalenförmigen Werkstücks ent­ langgeführt werden. Um das Werkstück dabei lagedefiniert und kippsicher fixieren zu können, kann es in einer ortsfesten, dem Werkstück negativ entsprechenden Gegenschale aufgenommen und darin durch Unterdruck festgehalten werden. In kinemati­ scher Umkehr dieses Besäumschrittes ist es auch möglich, das zu besäumende schalenförmigen Werkstück lagedefiniert und kippsicher in einem robotergeführten Formwerkzeug zu fixieren und den Werkstückrand einer ortsfest gehalterten, hochrotie­ renden, schmalen Schleif- oder Trennscheibe entlangzuführen.

Im Falle mehrlagiger Fasermatten wird das Ablegen und Einklem­ men eines werkstückentsprechenden Zuschnittes 7 auf den bzw. am Spannrahmen 24 und das anschließende Besprühen des abgeleg­ ten Zuschnittes 7 mit reaktionsfähigem Matrixharz entsprechend der gewünschten Lagenzahl wiederholt, bevor alle eingelegten und besprühten Zuschnitte 7 gemeinsam umgeformt und gepreßt werden. Zwar wäre es für den Fall einer mehrlagigen Verstär­ kung im Kunststoffteil 1 ohne weiteres auch denkbar, von vorn­ herein eine mehrlagige Fasermattenbahn bereitzustellen, wie dies aus dem eingangs gewürdigten Stand der Technik bereits bekannt ist. Das sukzessive Ablegen und Einsprühen der Zu­ schnitte hat demgegenüber jedoch den Vorteil, daß die einzel­ nen Zuschnitte kreuzweise übereinander abgelegt werden können und so eine meist vorhandene Anisotropie der Fasermatte ausge­ glichen werden kann. Im übrigen stellt das einzelne Einsprühen der Lagen eine gleichmäßigere Verteilung des Matrixharzes in­ nerhalb des Lagenverbundes sicher. Nachdem ferner die Aushär­ tezeit des Matrixharzes taktzeitbestimmend ist und bei einem automatisierten Tandembetrieb des Verfahrens mit zwei wechsel­ weise bestückbaren und preß- und aushärtbaren Matrizen in der Vorbereitungszeit genügend Zeit für ein einzelnes Ablegen und besprühen der Lagen zur Verfügung steht, kann das Bestücken ohne weiteres auch mehrere Arbeitsoperationen umfassen.

Als Matrixharz kann vorzugsweise ein Epoxidharz (EP) verwendet werden, welches dem fertigen Kunststoffteil eine höhere Fe­ stigkeit verleiht, als z. B. Polyurethan (PUR). Um das Epoxid­ harz ohne unzulässig starke Lufteinschlüsse im Matrixharz sprühend, d. h. in einem offenen System, verarbeiten zu können, wird das Epoxidharz in der Viskosität sprühfähig dünnflüssig eingestellt und mit einer aus der Lackiertechnik bekannten Misch- und Sprühdüse 61 aufgetragen, in der die einzelnen Kom­ ponenten des Harzes der Mischdüse in gesonderten Leitungen von einer Vorrats- und Dosierstation 62 zugeführt und erst in der Mischdüse innig miteinander vermischt werden. Zum Auftragen wird eine Sprühdüse mit schmaler flacher Strahlform ausge­ wählt, die - auf ein kurzes Zeitinkrement gesehen - jeweils nur einen relativ schmalen und kurzen Streifen auf der Faser­ matte beaufschlagt. Z. B. ist die Düse 61 bezüglich der Strahl­ form so ausgewählt und/oder eingestellt, daß unter Berücksich­ tigung des Abstandes a der Sprühdüse vom zu besprühenden Zu­ schnitt 7 während der Sprühdüsenbewegung eine Breite b von vorzugsweise von etwa 10 cm mit Epoxidharz besprüht wird.

Der oben bereits kurz erwähnte Tandembetrieb des Verfahrens kann aufgrund einer Mehrfach-, vorzugsweise einer Doppelanord­ nung horizontalbeweglicher Einheiten 26 aus Matrize 22 und Spannrahmen 24 realisiert werden. Die verschiedenen Einheiten 26 werden im Wechselzyklus außerhalb der Umformpresse 20 be­ stückt und innerhalb der Umformpresse 20 behandelt. Beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel sind in und an der Umformpresse 20 zwei separate, jeweils aus Matrize 22 und Spannrahmen 24 bestehende Einheiten 26 auf einer Horizontalführung 41 hori­ zontalbeweglich angeordnet, die wechselweise zwischen einer Arbeitsposition A und je einer Vorbereitungsposition V, V' hin und her verschiebbar sind, wobei die eine Vorbereitungspositi­ on V auf der einen Seite der Umformpresse und die andere (V') auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Die Horizon­ talführung 41 erstreckt sich durchgehend von der einen zur an­ deren Pressenseite durch die Umformpresse hindurch. Die zwei den gegenüberliegenden Seiten der Umformpresse zugeordnete Einheiten 26 sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel durch Verbindungen 40 starr miteinander gekoppelt und wie ein ein­ heitlicher Schlitten gemeinsam auf der Horizontalführung 41 verschiebbar. Der zugehörige Antrieb zum Verschieben der Ein­ heiten ist zeichnerisch nicht dargestellt. Unabhängig von dem Verschiebeantrieb sind zur mechanischen Sicherung der verbun­ denen Einheiten in den unterschiedlichen Endstellungen - Ar­ beits- bzw. der Vorbereitungsposition - Anschläge 27 und 28 vorgesehen. Jeweils einer der beiden unbeweglichen Anschläge 28 an den gegenüberliegenden Enden der Horizontalführung 41 sichert die Position der Doppel-Einheit beim Einfahren in die jeweils neue Position. Jeweils einer der beiden, innerhalb der Umformpresse angebrachten, hubbeweglichen Anschläge 27 sichert die Doppel-Einheit in der Gegenrichtung. Insbesondere die je­ weils innerhalb der Umformpresse positionierte Matrize 22 muß besonders genau relativ zur Patrize 23 positioniert werden, damit sie gut mit ihr zusammenarbeiten kann.

Alle infrastrukturellen Einrichtungen der Produktionsanlage, wie Industrieroboter 58, 58', Abwickelstation 50, Abschneide­ vorrichtung 51, Bereitstellungsgefäße 66 und Ablagestationen 67 sind wegen der rationellen Tandembetriebsweise des Verfah­ rens doppelt, und zwar beim dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch zur Mitte der Umformpresse 20 angeordnet. Dabei sind die Logistik-Einrichtungen der Produktionsanlage, nämlich die Bereitstellungsgefäße 66 und die Ablagestationen 67 peri­ pher an der Produktionsanlage angeordnet, damit sie ohne den Gefahrenbereich der Industrieroboter betreten zu müssen er­ reicht werden können.

Das automatisiert betriebene Verfahren arbeitet von einer Vor­ ratsrolle 5, auf der ein gewisser Vorrat einer Fasermattenbahn 2 aufgewickelt ist. Es ist auch denkbar, daß mehrere Vorrats­ rollen bereitgehalten werden, was jedoch zeichnerisch nicht dargestellt ist. Eine Mehrfachanordnung von Vorratsrollen kann selbst bei dem hier beschrieben Verfahren im Hinblick auf ei­ nen raschen Rollenwechsel, wenn die eine Vorratsrolle leer ist, sinnvoll sein. Eine Mehrfachanordnung von Vorratsrollen kann aber auch zur raschen Herstellung mehrlagiger Mattenzu­ schnitte zumindest dann von Vorteil sein, wenn die einzelnen lagen isotrop sind oder wenn sie sich in ihrer Anisotropie ge­ rade gegenseitig ergänzen oder kompensieren.

Zum Erzeugen einzelner Zuschnitte wird das freie Ende der Fa­ sermattenbahn 2, welches durch eine ortsfeste, in der Halte­ funktion steuerbare Halteleiste 57 lagedefiniert bereitgehal­ ten wird, von einer robotergeführten Greifleiste 59' auf der gesamten Bahnbreite erfaßt, ein werkstückentsprechender Ab­ schnitt der Fasermattenbahn 2 von der Vorratsrolle 5 abgezo­ gen, das andere Ende des Abschnittes durch eine zweite robo­ tergeführte Greifleiste 59 ebenfalls auf der gesamten Bahn­ breite erfaßt, die Fasermattenbahn 2 in dem zwischen der orts­ festen Halteleiste 57 und der zweiten Greifleiste 59 liegenden Bereich durchtrennt und der abgetrennte Zuschnitt 7 auf den Spannrahmen 24 abgelegt.

Bei dem in den Fig. 1 und 6 dargestellten Ausführungsbei­ spiel sind zwei separate Greifleisten 59, 59' für die Handha­ bung des Zuschnitts 7 vorgesehen, deren jede am Arbeitsarm je eines separaten Industrieroboters 58, 58' angeordnet ist. Beim Handhaben des Zuschnittes werden die beiden Greifleisten syn­ chron und äquidistand zueinander bewegt; die beiden Indu­ strieroboter müssen entsprechend programmiert und miteinander im Programmablauf synchronisiert sein. Der Vorteil einer sol­ chen Handhabung liegt darin, daß alle möglichen Formate von Fasermatten ohne weiteres, d. h. ohne Bereithaltung formatent­ sprechender Greifer, gehandhabt werden können. Dadurch ist das Handling sehr flexibel. Alternativ ist es auch denkbar, daß die zwei Greifleisten 59, 59' für das Zuschnitt-Handling Teil eines einheitlichen Greiferrahmens sind, der von nur einem In­ dustrieroboter gehandhabt ist. Zur Verbesserung der Flexibili­ tät kann der Greiferrahmen größenveränderbar ausgebildet sein, so daß er unterschiedlichen Zuschnittformaten angepaßt werden kann. In jedem Fall wird der von der bevorrateten Fasermatten­ bahn 2 abgetrennte, werkstückentsprechende Zuschnitt 7 an zwei gegenüberliegenden Seiten von den robotergeführten Greiflei­ sten übernommen und auf den Spannrahmen 24 und die Matrize 22 abgelegt.

Die Greifleisten für die Handhabung des Zuschnitts 7 sind ge­ mäß der Darstellung in den Fig. 6 und 9 als abdeckbare Saugleiste 59, 59' ausgebildet. Sie sind im Querschnitt als geschlossenes Hohlprofil gestaltet, das an einer Flachseite mit einem flächendeckenden Raster von Bohrungen 74 versehen ist. Das Innere des Hohlprofils ist über ein steuerbares Ven­ til 63 wahlweise an eine Unterdruckquelle 33 anschließbar oder mit Umgebungsluftdruck beaufschlagbar. Die saugwirksame Flach­ seite ist an den Rand 8 des Zuschnitts 7 anlegbar und hält ihn mittels Unterdruck pneumatisch fest. Zur Sicherung einer hohen Haltekraft der Saugleiste kann - wie im Ausführungsbeispiel gezeigt - die saugwirksame Flachseite der Handhabungs-Sauglei­ sten mit einer Aufrauhung 64 vesehen, also gerauht oder gerif­ felt ausgebildet sein.

Wie in dem in den Fig. 6 und 9 dargestellten Ausführungs­ beispiel zu ersehen ist, sind dort die Saugleisten 59 und 59' beispielsweise mit klappbaren Abdeckblechen 60 bzw. 60' verse­ hen. Zunächst, d. h. beim Anlegen der Saugleisten an den zu er­ greifenden Zuschnittrand sind diese Abdeckbleche gemäß Bei­ spiel seitlich zurückgeklappt und geben die gelochte Anlage­ fläche frei. Statt einer klappbaren Zuordnung der Abdeckbleche sind auch andere Anlenkungen oder zuordnungen, z. B. auch frei bewegliche Abdeckbleche denkbar. Im Beispielsfall müssen die Saugleisten so an den Rand des Zuschnittes angelegt werden, daß die Scharnierachse des beweglich angelenkten Abdeckbleches etwa bündig mit der Endkante des Zuschnittes zu liegen kommt. Nach dem pneumatischen Erfassen des Zuschnittrandes durch die Saugleiste und nach einem geringfügigen Abheben des Randes von der Unterlage wird das jeweilige Abdeckblech durch einen an der Saugleiste angebrachten Schwenkantrieb (nicht dargestellt) um etwa 270° verschwenkt und von außen über den erfaßten Zu­ schnittrand geklappt und dieser luftdicht abgedeckt. Aufgrund dieser Abdeckung wird die Leckrate der Handhabungs-Saugleisten deutlich reduziert; zugleich steigt damit auch die pneumati­ sche Festhaltekraft der Saugleiste, weil das Vakuum in der Saugleiste ansteigt. Die Abdeckbleche 60, 60' haben also die Aufgabe, den Luft- und Energieverbrauch an pneumatischer Ener­ gie zu reduzieren und nebenbei auch noch die Haltekraft zu er­ höhen.

Die als erstes an das freie, von der Halteleiste 57 bereitge­ haltene Ende der Fasermattenbahn 2 anlegbare Saugleiste 59' kann mit ihrer einen Längskante unmittelbar bündig zur Matten­ schnittkante, d. h. ohne irgend einen Überstand zuzulassen, an die Fasermatte angelegt werden. Das zugehörige Abdeckblech kann deshalb bei dieser Saugleiste durch ein einfaches Schar­ nier, z. B. durch ein sog. Klavierband, an der einen Längskante der Saugleiste angelenkt werden. Die als zweites an den vom Vorrat abgezogenen Fasermattenabschnitt anzulegende Saugleiste 59 nach Fig. 9 - in Fig. 6 links dargestellt - hält die Fa­ sermattenbahn gemeinsam mit der Halteleiste 57 während des Ab­ schneidens fest. Wegen des Platzbedarfes der Abschneidevor­ richtung 51 ergibt sich stets ein gerinfügiger seitlicher Überstand 65 der Fasermatte, der an der Längsseite der Sau­ gleiste 59 übersteht. Damit dieser Überstand beispielsweise durch das einzuschwenkende Abdeckblech 60 nicht eingeklemmt wird - dies würde zum einen ein sauberes Anliegen des Abdeck­ blechs auf dem Zuschnittrand und zum anderen später ein fla­ ches Ablegen auf dem Spannrahmen 24 beeinträchtigen -, ist das Abdeckblech 60 mittels eines kinematischen Gelenkvierecks an die Saugleiste 59 angeschlagen, die einerseits eine 270°- Schwenkung des Abdeckbleches erlaubt, die aber andererseits den Überstand 65 umfahren und ihn nach oben wegdrücken kann.

Damit der Rand 8 eines auf dem Spannrahmen 24 abgelegten Zu­ schnittes 7 auf ihm pneumatisch festgehalten werden kann, sind die Rahmenschenkel des Spannrahmens 24 jeweils als Saugleisten 29, 29' gestaltet, die im Querschnitt als geschlossenes Hohl­ profil ausgebildet sind, wie die Fig. 2, 3 und 4 zeigen. Das Innere des Hohlprofils ist über ein steuerbares Ventil 34 wahlweise an eine Unterdruckquelle 33 anschließbar oder mit Umgebungsluftdruck beaufschlagbar. Die Unterdruckquelle ist aus einer Vakuumpumpe 42 und einem Vakuumkessel 43 gebildet. Die den Rand 8 des Zuschnitts 7 aufnehmende Flachseite 30 ei­ ner jeden Saugleiste ist jeweils mit einem flächendeckenden Raster von Bohrungen 31 versehenen.

Während der Bestückungsphase, d. h. wenn der Spannrahmen 24 sich noch außerhalb der Umformpresse befindet, wird das Innere der Saugleisten kurz vor Übergabe eines Zuschnittes 7 mit Va­ kuum beaufschlagt. Soll ein Zuschnitt 7 von den robotergeführ­ ten Greifleisten auf den Spannrahmen abgelegt werden, so wird - nachdem die Abdeckbleche 60, 60' der Greifer-Saugleisten 59, 59 beiseite geklappt sind und der Zuschnitt in gestreckter La­ ge über dem Spannrahmen ausgerichtet und auf ihn angedrückt ist - das Vakuum der Greifleisten abgeschaltet, so daß der ab­ gelegte Zuschnitt unmittelbar vom Vakuum der Spannrahmen-Saug­ leisten 29, 29' übernommen wird. Durch das Ablegen des Faser­ mattenzuschnitts auf der Flachseite 30 der Spannrahmen-Saug­ leisten steigt der Luftwiderstand der dort eingeschnüffelten Luft stark an, weil die Luft nun durch die Maschen und Poren der Fasermatte hindurchdringen muß. Entsprechend dieses Durch­ flußwiderstandes steigt auch der in den Saugleisten 29, 29' zunächst noch mäßig anstehende Unterdruck ebenfalls stark an. Dieser Unterdruck reicht aus, um den abgelegten Zuschnitt 7 während der Bestückungsphase, während des Auftragens von Ma­ trixharz und während des Einschiebens der Einheit in die Ar­ beitsposition A sicher am Spannrahmen festhalten zu können.

Während der Umformphase, d. h. beim Schließen des Formwerkzeu­ ges und während des Drapierens des getränkten Zuschnittes in die Matrize, muß der Rand 8 des Zuschnittes mit wesentlich hö­ herer Kraft am Spannrahmen nachgleitend festgehalten werden. Zu diesem Zweck wird die freiliegende Oberfläche des Matten­ randes in der Umformphase am gesamten Umfang mit einem Abdeck­ blech 36 abgedeckt. Der Luftwiderstand, mit dem nun Umgebungs­ luft in die Spannrahmen-Saugleisten eingeschnüffelt werden kann, steigt nun sehr stark an und ebenso das in den Spannrah­ men-Saugleisten anstehende Vakuum. Der Rand 8 wird dadurch pneumatisch mit hoher Kraft am Spannrahmen festgehalten, so daß beim Drapieren des Zuschnittes durch die Patrize eine er­ hebliche Zugkraft in der Fasermatte aufgebaut werden kann. Bei richtiger Bemessung des Niveaus der Zugkraft und der richtigen Verteilung der Höhe der Zugkraft über den Umfang des Spannrah­ mens ist es möglich, die Fasermatte einerseits faltenfrei und andererseits anrißfrei in der Matrize zu drapieren. Um die Hö­ he der pneumatisch wirksamen Festhaltekraft entlang einer Spannrahmen-Saugleisten 29 auf unterschiedlicher Höhe einstel­ len zu können, ist die betreffende Spannrahmen-Saugleiste ge­ mäß Fig. 3 in verschiedene Kammern 35 unterteilt, die gegen­ einander abgeteilt und separat ansteuerbar sind. Die Höhe des Vakuums in den einzelnen Kammern ergibt sich bei vorgegebener, als konstant hoch angenommener Leistungsfähigkeit der Unter­ druckquelle aus der Menge der jeweils eingeschnüffelten Luft, also aus der Leckrate, die durch justierbare Bypassdrosseln einstellbar ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) ist die Ab­ deckung 36 für die Spannrahmen-Saugleisten 29, 29' an der Pa­ trize 23 elastisch nachgiebig angeordnet, die in der Umform­ presse 20 heb- und senkbar ist. Mit der niedergehenden Patrize 23 wird auch die Abdeckung 36 auf den Rand 8 des im Spannrah­ men 24 aufgenommenen Zuschnitts 7 abgesenkt, wobei die Abdec­ kung durch die Federn 37 elastisch an den Rand 8 angedrückt wird. Die Abdeckung ist der Gravur der Patrize vorgelagert, so daß sie sich bei niedergehender Patrize als erstes gegen den Rand 8 des Zuschnittes anlegt. Das Abdeckblech 36 ist einerseits in Hubrichtung weich und anschmiegsam, so daß es am ge­ samten Umfang buckelfrei am Rand 8 des Zuschnittes anliegt. Hierzu trägt sicher auch eine dichte Anordnung von Andrückfe­ dern 37 bei. Andererseits ist das Abdeckblech in Horizontal­ richtung stabil genug, damit es beim Nachgleiten des Randes aus der Randeinklemmung nicht nachgibt. Die Stabilität der Ab­ deckung in Horizontalrichtung wird ebenfalls durch eine Dichte folge von Führungsbolzen begünstigt, von denen jeweils einer im Inneren einer Andrückfeder 37 angeordnet ist.

Meist reichen die zwischen der gelochten Flachseite 30 und der Abdeckung 36 pneumatisch aufbringbaren Kräfte aus, um den Rand 8 des Zuschnittes mit der lokal erforderlichemn Kraft nach­ gleidend einklemmen zu können. Um ein störungsfreies Nachglei­ ten des eingeklemmten Randes zu ermöglichen, ist beim darge­ stellten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) die Oberfläche der Flachseite 30 der Spannrahmen-Saugleisten glatt ausgebildet; im übrigen gehen die Bohrungen 31 des flächendeckenden Boh­ rungsrasters verrundet (Verrundung 32) in die Flachseite über. Dadurch kann die Fasermatte kontrolliert zwischen den sie ein­ klemmenden Flächen herausgleiten. Allenfalls in Sonderfällen, wo an lokal eng begrenzten Stellen eine besonders hohe Fest­ haltekraft erforderlich ist und/oder ein Nachgleiten vermieden werden soll, mag es sinnvoll sein, die Oberflächen an der Flachseite und/oder an der Abdeckung lokal begrenzt mit einer Aufrauhung nach dem Vorbild der Fig. 9 für die Handhabungs- Saugleisten zu versehen.

Es soll nun anhand der Fig. 6, 7 und 8 noch näher auf das hier eingesetzte, jedoch allgemein verwendbare Verfahren und die Vorrichtung zum sauberen Durchtrennen von Mattenbahnen aus anorganischen Fasern eingegangen werden.

Der von der Vorratsrolle 5 abgezogene werkstückentsprechende Fasermattenzuschnitt 7 wird von der Fasermattenbahn 2 durch eine hochrotierende schmale Schleifscheibe 52 abgetrennt. Hierbei handelt es sich um eine beim Trennen von Metall oder Stein übliche Trennscheibe. Sie wird parallel zur Rotationsebene und entlang der die Fasermattenbahn 2 festhaltenden Hal­ teleiste 57 einerseits und der benachbart angreifenden Greif­ leisten 59 andererseits mit einer abgestimmter Vorschubge­ schwindigkeit v durch die Fasermatte 2 hindurchbewegt. Diese Trenntechnik ist sehr effizient, einfach, kostengünstig und verschleißarm. Auch nach längerem Einsatz wird ein stets gleichbleibend sauberer, verzug- und fransenfreier Schnitt er­ zeugt.

Ein schmaler, an der Stelle der Schleifscheibe 52 liegender Streifen der ortsfest gehaltenen Fasermatte wird durch die mit hoher Umfangsgeschwindigkeit rotierende Schleifscheibe (3000- 5000 U/min) in feine Faserbruchstücke zerschlagen. Um diesen Staub aus scharfkantigen Partikeln nicht in die Arbeitsplat­ zumgebung gelangen zu lassen, ist die Schleifscheibe 52 auf der aus der Fasermattenbahn 2 austauchenden Seite gekapselt und die Kapselung 53 über einen Sauganschluß 69 an eine Stau­ babsaugung angeschlossen.

Nach längerem Einsatz der Schneidvorrichtung kann es gesche­ hen, daß die am Außenumfang der Schleifscheibe 52 liegenden Schleifkörner sich verschleißbedingt verrunden oder abflachen. Dies zeigt sich an einem erhöhten Widerstand beim Vorschieben der Abschneidevorrichtung. Um den Verschleißzustand der Schleifscheibe überwachen zu können, ist die Einrichtung zum Vorschieben der Abschneidevorrichtung 51 durch die Fasermat­ tenbahn 2 hindurch mit einer Einrichtung zum Messen der Vor­ schubkraft sowie mit einer Signaleinrichtung versehen, die bei Überschreiten der Vorschubkraft über einen voreinstellbaren Schwellwert ein nach außen wahrnehmbares Signal abgibt. Dies ist bei dem in Fig. 8 schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiel dadurch realisiert, daß die auf einer nicht darge­ stellten Stangenführung und auf Rollen gleitende Abschneide­ vorrichtung 51 mittels einer in sich geschlossenen Schlaufe 70 eines Seilzuges oder einer Kette in Vorschubrichtung v ange­ trieben und nach dem Trennschnitt in entgegengesetzter Rich­ tung im Eilgang wieder zurückgeholt wird. Die sich quer über die zu trennende Fasermattenbahn 2 erstreckende Schlaufe 70 ist einerends über eine drehangetriebene Antriebsrolle 71 und anderends über eine Spannrolle 72 geführt. Die unter der Kraft einer Spannfeder 73 gehaltene, horizontal beweglich gelagerte Spannrolle 72 hält die Schlaufe unter einer bestimmten Vor­ spannung. Steigt der Widerstand der Fasermattenbahn gegen die in Fig. 8 nach links vordringende Schleifscheibe 52 unzuläs­ sig stark an, so weicht die Spannrolle 72 in entgegengesetzter Richtung, also nach rechts aus und spannt die Feder 73 stärker an. Dieser Ausweichhub der Spannrolle kann durch einen Mi­ kroschalter abgetastet werden. Durch einen damit schließbaren Stromkreis kann ein akustisches und/oder optisches Warnsignal für das Wartungspersonal ausgelöst werden. Es ist dann Zeit, die Schleifscheibe 52 kurz abzurichten.

Um die Schleifscheibe 52 problemlos und rasch abrichten zu können, weist die Kapselung 53 der Schleifscheibe eine Öffnung 54 zum Einführen eines Abrichtwerkzeuges 56 auf. Die Öffnung ist normalerweise durch eine Klappe 55 oder einen Schieber verschlossen, um die Staubabsaugung nicht zu beeinträchtigen. Mittels eines an den Umfang der rotierenden Schleifscheibe ra­ dial angedrückt Abrichtwerkzeuges 56 können am Umfang der Schleifscheibe wieder neue, kantige Schleifkörner freigelegt werden.

Durch die Anwendung der beschriebenen Erfindung können insge­ samt die folgenden Vorteile erreicht werden:

• - Zur faltenfreien Drapierung der textilen Zuschnitte werden gezielt horizontal wirksame Zugkräfte in das Textil eingelei­ tet. Das Textil wird bei der Umformung zwischen einer perfo­ rierten und einer luftundurchlässigen Leiste geführt. Über die Perforation wird ein Unterdruck aufgebaut. Mit sehr einfachen Mitteln kann durch eine Einteilung der perforierten Leiste in verschiedene Bereiche und eine Variation des Unterdrucks in diesen Kammern die Rückhaltekraft genau dosiert werden. Außer­ dem wird der Zuschnittrand auf einer gewissen Breite peripher unterbrechungsfrei und flächig, d. h. nicht etwa an einzelnen Punkten oder entlang kurzer Linienstücke, festgehalten. Ein flächiges und unterbrechungsfreies Festhalten des Zuschnittrandes begünstigt jedoch ein faltenfreies Drapieren des Zu­ schnitts in die Form, insbesondere wenn die Festhaltekraft sektoral und über die Zeit hinweg rasch verändert und den mo­ mentanen Erfordernissen optimal angepaßt werden kann.
• - Aufgrund der Verwendung von zwei Matrizen (bei Einsparung einer Patrize im Vergleich zu zwei vollständigen Werkzeugen) und den Auftrag des Matrixharzes auf den Zuschnitt bzw. gege­ benenfalls auf den partiellen Vorformling wird die Taktzeit gegenüber konventionellen Verfahren (z. B. Injektionsverfah­ ren) deutlich reduziert.
• - Durch den Einsatz eines offenen Systems selbst bei der Ver­ arbeitung von Epoxidharz ist der rationelle und Taktzeitredu­ zierende Tandembetrieb möglich.
• - Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Handhabung von harzbeschichteten Textilien und vermeidet so das Risiko von verschmutzungsbedingten Betriebsstörungen erheblich. Bei ande­ ren Verfahren treten z. B. aufgrund der Verschmutzung von Ein­ richtungen, z. B. von Nadelgreifern mit beweglichen Nadeln, im­ mer wieder Betriebsstörungen auf. Durch die Erfindung wird al­ so die Anlagenverfügbarkeit verbessert.
• - Der Aufbau der Anlage erfordert eine minimale Fläche. Durch die ringförmige Anordnung der Ausgangsmaterialien um die Anla­ ge ist eine Bestückung der Magazine bei laufender Produktion möglich.
• - Aufgrund des Zuschneidens der Verstärkungstextilien zeitlich und örtlich unmittelbar vor der Verarbeitung werden zusätzli­ che Handhabung und Transport eingespart. Dadurch wird die Ge­ fahr des Ausfransens sowie des unerwünschten Verzugs der Tex­ tilien minimiert.
• - Das Zuschneiden der Textilien erfolgt mit geometrisch unbe­ stimmter Schneide. Sowohl Glas- als auch Kohlenststoffasern können so mit hoher Schnittkantenqualität und hohen Standzei­ ten des Schneidmittels zugeschnitten werden.
• - Die Handhabung, der Transport und die Positionierung der Verstärkungstextilien erfolgen mittels pneumatischer, vakuum­ wirksamer Greifsysteme. Der Vorteil dieser Saugleisten ist ne­ ben dem einfachen Aufbau vor allem in einer homogenen Krafteinleitung in den Zuschnitt und in einem daraus resultierenden nahezu verzugsfreien Ablegen des Textils zu sehen.

Claims (33)

1. Verfahren zum Herstellen von schalenförmigen Kunststofftei­ len (1) aus faserverstärktem, duroplastischem Kunststoff in einer Umformpresse (20) mit einem eine Matrize (22) und eine Patrize (23) aufweisenden Formwerkzeug (21), bei dem nachein­ ander folgende Maßnahmen vorgenommen werden:

• a) ein von der Endlosfasermatte (2) abgetrennter, werkstück­ entsprechender Zuschnitt (7) wird automatisiert durch Indu­ strieroboter (58, 58') auf die aus der Umformpresse (20) herausgefahrene Matrize (22) abgelegt und dort durch einen sie umgebenden Spannrahmen (24) nachführbar festgehalten,
• b) der im Spannrahmen (24) abgelegte Zuschnitt (7) wird in dem die Matrize (22) überdeckenden Bereich von einer im Abstand (a) zum Zuschnitt (7) beweglich geführten Sprühdüse (61) mit einer abgestimmten Menge an reaktionsfähigem Matrixharz flächendeckend besprüht,
• c) nach Zurückbewegen der Einheit (26) Matrize/Spannrahmen in die Umformpresse (20) und Schließen des Formwerkzeuges (21) wird unter Aufrechterhaltung einer abgestimmten Zugspannung im Zuschnitt (7) dieser falten- und anrißfrei in die Matri­ ze (22) drapiert, der Zuschnitt (7) dabei in die gewünschte Schalenform umgeformt, zugleich das Matrixharz in die Fa­ serzwischenräume gepreßt und eingeschlossene Luft daraus verdrängt,
• d) die harzgetränkte Fasermatte (7) wird während einer abge­ stimmten Zeitspanne in dem umgeformten und gepreßten Zu­ stand gehalten und dabei das Matrixharz innerhalb des Form­ werkzeuges (21) ausgehärtet,
• e) nach dem Öffnen des Formwerkzeuges (21) wird das Kunst­ stoffteil (1) entnommen und der außerhalb der gewünschten Schalenform des Werkstücks liegende, dem Ausspannen des Zu­ schnitts (7) während der Umformphase dienende Zuschnittrand (8) vom Werkstück abgetrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund einer Mehrfach-, vorzugsweise einer Doppelanordnung horizontalbeweglicher Einheiten (26) aus Matrize (22) und Spannrahmen (24) die verschiedenen Einheiten (26) im Wech­ selzyklus außerhalb der Umformpresse (20) bestückt und inner­ halb der Umformpresse (20) behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende einer auf einer Vorratsrolle (5) aufgewickelten Fasermattenbahn (2), welches durch eine ortsfeste, in der Hal­ tefunktion steuerbare Halteleiste (57) lagedefiniert bereitge­ halten wird, von einer robotergeführten Greifleiste (59') auf der gesamten Bahnbreite erfaßt, ein werkstückentsprechender Abschnitt der Fasermattenbahn (2) von der Vorratsrolle (5) abgezogen, das andere Ende des Abschnittes durch eine zweite ro­ botergeführte Greifleiste (59) ebenfalls auf der gesamten Bahnbreite erfaßt, die Fasermattenbahn (2) in dem zwischen der ortsfesten Halteleiste (57) und der zweiten Greifleiste (59) liegenden Bereich durchtrennt und der abgetrennte Zuschnitt (7) auf den Spannrahmen (24) abgelegt wird.

4. Verfahren zum sauberen Durchtrennen von Mattenbahnen aus Fasern aus anorganischem Material, insbesondere in Ausgestal­ tung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von einer Vorratsrolle (5) abgezogene werkstückentspre­ chende Abschnitt einer Fasermatte (2) von der aufgewickelten Fasermattenbahn durch eine hochrotierende schmale Schleif­ scheibe (52) abgetrennt wird, die parallel zur Rotationsebene entlang einer Linie zwischen zwei eng benachbarten, die Faser­ mattenbahn (2) festhaltenden Halte- oder Greifleisten (57, 59) bei abgestimmter Vorschubgeschwindigkeit (v) durch die Faser­ matte (2) hindurchbewegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von einer bevorrateten Fasermattenbahn (2) abgetrennte, werkstückentsprechende Zuschnitt (7) an zwei gegenüberliegen­ den Seiten von robotergeführten Greifleisten (59, 59') über­ nommen und auf den Spannrahmen (24) und die Matrize (22) abge­ legt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Ablage des oder eines ersten Zuschnittes (7) von mehreren Zuschnitten auf den Spannrahmen (24) zunächst Einlegeteile (9) und/oder lokal begrenzte Vorformlinge (10) in die Matrize (22) eingelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle zuvor einzulegenden Vorformlinge (10) vor Ablage des Zu­ schnittes (7) auf den Spannrahmen (24) mit einer abgstimmten Menge an Matrixharz flächendeckend eingesprüht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablegen und Festhalten eines werkstückentsprechenden Zu­ schnittes (7) auf den bzw. am Spannrahmen (24) und das an­ schließende Besprühen des abgelegten Zuschnittes (7) mit reak­ tionsfähigem Matrixharz entsprechend der gewünschten Lagenzahl wiederholt und erst anschließend das Umformen und Pressen der eingelegten und besprühten Zuschnitte (7) für alle gemeinsam durchgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixharz Epoxidharz verwendet wird, welches in der Vis­ kosität sprühfähig dünnflüssig eingestellt ist, wobei die Sprühdüse (61) bezüglich der Strahlform so ausgewählt und/oder so eingestellt ist, daß unter Berücksichtigung des Abstandes (a) der Sprühdüse (61) vom zu besprühenden Fasermattenzu­ schnitt (7) während der Sprühdüsenbewegung eine Breite (b) von 5 bis 15 cm, vorzugsweise von etwa 10 cm mit Epoxidharz be­ sprüht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufrechterhalten einer bestimmten Zugspannung im Zuschnitt (7) während des Drapierens desselben in die durch die Matrize (22) vorgegebene Schalenform und während des Nachgleitens des Zuschnittrandes (8) aus der Randeinklemmung seitens des die Matrize (22) umgebenden Spannrahmens (24) - nachfolgend Dra­ pierphase genannt - der Zuschnittrand (8) oberflächlich auf einer bestimmten Breite abgedeckt und die Abdeckung (36) ein­ schließlich Zuschnittrand (8) mit definierter Kraft an die luftdurchlässige Oberseite (30) des evakuierten Spannrahmens (24) angesaugt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (36) nebst Zuschnittrand (8) während der Dra­ pierphase sektoral mit unterschiedlicher Kraft an den sektoral in unterschiedliche Kammern (35) unterteilten und dementspre­ chend unterschiedlich stark evakuierten Spannrahmen (24) ange­ saugt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (36) nebst Zuschnittrand (8) während der Dra­ pierphase zeitlich mit veränderlicher Kraft an den Spannrahmen (24) angesaugt wird, indem das den Spannrahmen (24) oder die Sektoren desselben evakuierende Vakuum zeitlich verändert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuschnittrand (8) während der Drapierphase zusätzlich zu der Vakuumanpressung durch die elastisch vorgespannte, eigen­ steife Abdeckung (36) mechanisch an die Oberseite (30) des Spannrahmens (24) mit voreinstellbarer Kraft angedrückt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß das Besäumen der Schalenform des Werkstücks, d. h. das Ab­ trennen des dem Ausspannen des Zuschnitts (7) während der Um­ formphase dienende Zuschnittrandes (8) vom Werkstück (1) durch eine hochrotierende schmale Schleifscheibe erfolgt.

15. Produktionsanlage zum Herstellen von schalenförmigen, fa­ serverstärkten Kunststoffteilen (1), insbesondere zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche Kunststoffteile (1) aus einer wenigstens einlagigen, der Schalenform folgenden Endlos­ fasermatte (7) und aus einer die Fasern (3) der Fasermatte (7) allseits und porenfrei einbettenden, duroplastischen Kunst­ stoffmatrix - im folgenden "Matrixharz" genannt - bestehen, welche Endlosfasermatte im Ausgangszustand aus geradlinig und unterbrechungsfrei sich über einen werkstückentsprechenden Zu­ schnitt (7) erstreckenden Fasern oder Faserbündel (3) gebildet ist, und welche Produktionsanlage mit folgenden Komponenten ausgestattet ist und diese mit folgenden Merkmalen ausgebildet sind:

• - eine öffen- und schließbare Umformpresse (20) mit einem aus Matrize (22) und Patrize (23) bestehenden Formwerkzeug (21),
• - die in der Umformpresse (20) unten angeordnete Matrize (22) ist allseits von einem Spannrahmen (24) für einen auf ihn abgelegten Fasermattenzuschnitt (7) umgeben, welcher Spann­ rahmen (24) in räumlich unverrückbarer Zuordnung zur Matrize (22) gehalten ist, wobei die Halterungsebene (Flachseite 30) eines im Spannrahmen (24) aufgenommenen Fasermattenzuschnit­ tes (7) zumindest angenähert mit der Formteilungsebene (25) der Matrize (22) übereinstimmt,
• - der Spannrahmen (24) ist derart ausgebildet, daß damit der Rand (8) eines auf dem Spannrahmen (24) abgelegten Zuschnit­ tes (7) in der Weise festklemmbar ist, daß bei Zugeinwirkung auf den Zuschnitt (7) der Rand (8) gegen einstellbaren Wi­ derstand aus der Randeinklemmung herausgleitbar ist,
• - die Matrize (22) und der Spannrahmen (24) sind als eine Ein­ heit (26) horizontalbeweglich gelagert und geführt (Horizon­ talführung 41), die zwischen einer in der Umformpresse (20) unter der Patrize (23) liegenden Arbeitsposition (A) einer­ seits und einer vollständig außerhalb der Umformpresse (20) liegenden Vorbereitungsposition (V, V') andererseits hin und herbewegbar ist,
• - neben der Umformpresse (20) ist wenigsten ein Industrierobo­ ter (58, 58') derart angeordnet, daß die Vorbereitungsposi­ tion (V, V') der Einheit (26) Matrize/Spannrahmen innerhalb des Arbeitsbereiches des/der Industrieroboter (58, 58') liegt,
• - innerhalb des Arbeitsbereiches des/der Industrieroboter (58, 58') sind ferner Bereitstellungsgefäße (66) zur greifgerechten Bereitstellung von Einlegeteilen (9) und/oder von lokal begrenzten Vorformlingen (10) aus Fasermatten angeordnet,
• - einer der vorgesehenen Industrieroboter (58, 58') oder der wenigstens eine Industrieroboter ist mit einem auf die ein­ zulegenden Einlegeteile (9) adaptierten Hartteilegreifer und/oder mit einem auf die einzulegenden Vorformlinge (10) adaptierten Textilteilgreifer versehen,
• - neben der Umformpresse (20) ist ferner eine Abwickelstation (50) für wenigstens eine Fasermattenbahn (2) angeordnet, die eine Halteleiste (57) zum Bereithalten des freien Bahnendes und eine Abschneidvorrichtung (51) zum Durchtrennen eines abgezogenen Abschnittes einer Fasermatte (2) neben der Hal­ teleiste (57) aufweist, wobei die Halteleiste (57) ebenfalls innerhalb des Arbeitsbereiches des/der Industrieroboter (58, 58') liegt,
• - einer der vorgesehenen Industrieroboter (58, 58') oder der wenigstens eine Industrieroboter ist ferner mit einem Grei­ fer (59') zum Abziehen eines Abschnittes von der bevorrate­ ten Fasermattenbahn (2) und zum Handhaben eines abgetrennten Zuschnittes (7) versehen,
• - einer der vorgesehenen Industrieroboter (58, 58') oder der wenigstens eine Industrieroboter ist ferner mit einer steu­ erbaren Auftragsdüse (61) zum Aufsprühen eines reaktionsfä­ higen Matrixharzes auf einen auf der in der Vorbereitungspo­ sition (V, V') befindlichen Matrize (22) abgelegten partiel­ len Vorformling oder einen dort abgelegten Fasermattenzu­ schnitt (7) versehen, wobei dieser robotergeführten Auf­ tragsdüse (61) eine Vorrats- und Mischstation (62) für die einzelnen Komponenten des Matrixharzes zugeordnet ist.

16. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in und an der Umformpresse (20) mehrere, vorzugsweise zwei se­ parate, jeweils aus Matrize (22) und Spannrahmen (24) beste­ hende Einheiten (26) horizontalbeweglich (Horizontalführung 41) angeordnet sind, die wechselweise zwischen einer Arbeits­ position (A) und einer Vorbereitungsposition (V, V') hin und her verschiebbar sind.

17. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei separate Einheiten (26) Matrize/Spannrahmen an gegenüber­ liegenden Seiten der Umformpresse (20) angeordnet sind.

18. Produktionsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei separaten, an gegenüberliegenden Seiten der Umform­ presse angeordnete Einheiten (26) aus Matrize (22) und Spann­ rahmen (24) starr miteinander gekoppelt (Verbindung 40) und gemeinsam geradlinig horizontal verschiebbar geführt sind (Führung 41).

19. Einrichtung zum sauberen Durchtrennen von Mattenbahnen aus Fasern aus anorganischem Material, insbesondere in Ausgestal­ tung der Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschneidvorrichtung (51) für die Fasermattenbahn (2) durch eine hochrotierende schmale Schleifscheibe (52) gebildet ist, die parallel zur Rotationsebene der Schleifscheibe (52) und parallel zu der das freie Ende der Fasermattenbahn (2) festhaltenden Halteleiste (57) mit einstellbarer Vorschubge­ schwindigkeit (v) quer über die Fasermattenbahn (2) verschieb­ bar ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (52) auf der aus der Fasermattenbahn (2) austauchenden Seite gekapselt und die Kapselung (53) an eine Staubabsaugung (Sauganschluß 69) angeschlossen ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang der Kapselung (53) eine durch eine Klappe (55) oder einen Schieber verschließbare Öffnung (54) zur Einführung eines Abrichtwerkzeuges (56) für die Schleifscheibe (52) vor­ gesehen ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Vorschieben der Abschneidvorrichtung (51) durch die Fasermattenbahn (2) hindurch mit einer Einrichtung zum Messen der Vorschubkraft sowie mit einer derart ausgebil­ deten Signaleinrichtung versehen ist, daß ein Überschreiten der Vorschubkraft über einen voreinstellbaren Schwellwert nach außen signalisierbar ist.

23. Einrichtung nach Anspruch 19 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifscheibe (52) mit einem mechanisch in Axialrichtung zu ihr geführten, radial zustellbaren Abrichtwerkzeug versehen ist, welches seinerseits mit einem axialen servomotorischen Vorschubantrieb und mit einem radialen servomotorischen Zu­ stellantrieb versehen ist, mit dem die Schleifscheibe (52) auf einen Abrichtbefehl hin nach einem voreingebbaren Programm selbsttätig abrichtbar ist.

24. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rand (8) eines auf dem Spannrahmen (24) abgelegten Zu­ schnittes (7) festhaltenden Rahmenschenkel (29, 29') des Spannrahmens (24) jeweils als abdeckbare (Abdeckblech 36) Saugleisten (29, 29') ausgebildet sind, die im Querschnitt als geschlossenes Hohlprofil mit einer den Rand (8) des Zuschnitts (7) aufnehmenden, mit einem flächendeckenden Raster von Boh­ rungen (31) versehenen Flachseite (30) ausgebildet sind, wobei das Innere des Hohlprofils über ein steuerbares Ventil (34) wahlweise an eine Unterdruckquelle (33) anschließbar oder mit Umgebungsluftdruck beaufschlagbar ist.

25. Produktionsanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Spannrahmen-Saugleisten (29) in gegeneinan­ der abgeteilte, separat ansteuerbare Kammern (35) unterteilt ist.

26. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rand (8) des Zuschnitts (7) aufnehmende Oberfläche der Flachseite (30) der Spannrahmen-Saugleisten (29, 29') zumin­ dest partiell glatt ausgebildet ist und verrundet in die Boh­ rungen (31) des flächendeckenden Bohrungsrasters übergeht.

27. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (36) der als Saugleisten (29, 29') ausgebildeten Rahmenschenkel des Spannrahmens (24) an der in der Umformpres­ se (20) heb- und senkbaren Patrize (23) angeordnet und mit der niedergehenden Patrize (23) auf den Rand (8) des im Spannrah­ men (24) aufgenommenen Zuschnitts (7) absenkbar und elastisch (Federn 37) an ihn (8) andrückbar ist.

28. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifleisten für die Handhabung des Zuschnitts (7) als ab­ deckbare Saugleiste (59, 59') ausgebildet sind, die im Quer­ schnitt als geschlossenes Hohlprofil mit einer an den Rand (8) des Zuschnitts (7) anlegbaren, mit einem flächendeckenden Ra­ ster von Bohrungen (74) versehenen Flachseite ausgebildet ist, wobei das Innere des Hohlprofils über ein steuerbares Ventil (63) wahlweise an eine Unterdruckquelle (33) anschließbar oder mit Umgebungsluftdruck beaufschlagbar ist.

29. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Rand (8) des Zuschnitts (7) anlegbare Oberfläche der Flachseite der Saugleisten (59, 59') für die Handhabung des Zuschnitts (7) gerauht (Aufrauhung 64) oder geriffelt ist.

30. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei separate Greifleisten (59, 59') für die Handhabung des Zuschnitts (7) vorgesehen sind, deren jede am Arbeitsarm je eines separaten Industrieroboters (58, 58') angeordnet ist.

31. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Textilteilgreifer zur Handhabung der partiellen Vorform­ linge (10) als Nadelgreifer ausgebildet ist.

32. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß alle infrastrukturellen Einrichtungen der Produktionsanlage, wie Industrieroboter (58, 58'), Abwickelstation (50), Ab­ schneidevorrichtung (51), Bereitstellungsgefäße (66) und Abla­ gestationen (67) doppelt, vorzugsweise symmetrisch zur Mitte der Umformpresse (20), angeordnet sind.

33. Produktionsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Logistik-Einrichtungen der Produktionsanlage, nämlich die Abwickelstation (50), die Bereitstellungsgefäße (66) und die Ablagestationen (67) peripher an der Produktionsanlage ange­ ordnet sind.