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WO2023179808A1 - Transportvorrichtung für das überführen eines materialzuschnitts und eine anordnung zur herstellung von verbundbauteilen - Google Patents

Transportvorrichtung für das überführen eines materialzuschnitts und eine anordnung zur herstellung von verbundbauteilen Download PDF

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Publication number
WO2023179808A1
WO2023179808A1 PCT/DE2022/100918 DE2022100918W WO2023179808A1 WO 2023179808 A1 WO2023179808 A1 WO 2023179808A1 DE 2022100918 W DE2022100918 W DE 2022100918W WO 2023179808 A1 WO2023179808 A1 WO 2023179808A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
processing station
transport device
gripper
arrangement
gripper head
Prior art date
Application number
PCT/DE2022/100918
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominic WILKEN
Original Assignee
R+S Automotive Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by R+S Automotive Gmbh filed Critical R+S Automotive Gmbh
Publication of WO2023179808A1 publication Critical patent/WO2023179808A1/de

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    • B65H2701/17—Nature of material
    • B65H2701/172—Composite material

Definitions

  • Transport device for transferring a material blank and an arrangement for producing composite components
  • the invention relates to a transport device for transferring a flexible composite fiber semi-finished product from a first processing station to a second processing station for producing composite components and a corresponding arrangement for producing composite components.
  • Such transport devices are used, for example, when handling semi-finished textile composite fiber layers in the production of fiber-reinforced plastic components.
  • the generally sticky semi-finished composite fiber product is picked up from the heating press by means of a frame-shaped gripper arrangement, the gripper arrangement fixing the edges of the semi-finished composite fiber product from the heating press with a clamping gripper in a gripping plane for transfer to a further processing station.
  • a gripper arrangement is described in DE 10 2018 112307 Ai.
  • the gripper arrangement After picking up the semi-finished composite fiber product, the gripper arrangement is removed from the heating press by means of a multi-axis robot, the multi-axis robot being fixed to an end face of the gripper arrangement facing away from the semi-finished composite fiber product.
  • the gripper arrangement together with the fixed semi-finished composite fiber product is then maneuvered to the molding press and inserted between the tool plates of the molding press.
  • the transport device described is severely limited in terms of the dimensions of the semi-finished composite fiber product.
  • a limiting factor for this is the time required to transfer the semi-finished composite fiber product from the heating press to the molding press. Cools the semi-finished composite fiber product during transfer too strong, it can be damaged, incorrectly shaped or even crack during shaping.
  • the length of the route over which the gripper arrangement is maneuvered is essentially proportional to the size of the semi-finished composite fiber product.
  • a correspondingly extended distance can only be compensated for within narrow limits by increasing the operating speed of the multi-axis robot.
  • centripetal forces act on the semi-finished composite fiber product due to the rotational movements of the multi-axis robot, which increase both with the speed and with the dimensions of the semi-finished composite fiber product.
  • the semi-finished composite fiber product has an unfavorable surface-to-volume ratio in terms of heat losses. Acceleration of the semi-finished composite fiber product during transfer increases the advective heat transport from the surface of the semi-finished composite fiber product and thus ensures faster cooling.
  • the transport device for transferring a material blank from a first processing station to a second processing station has a gripper head for lifting and depositing the material blank and a manipulator for maneuvering the gripper head, the gripper head having a first linear guide which is parallel can be adjusted to a gripping plane of the gripper head and the gripper head is connected to the manipulator via the first linear guide.
  • the linear guide ensures that a relative position of the connection between the manipulator and gripper head to the gripping plane can be flexibly adjusted.
  • the kinematics of the manipulator must meet two conditions while maneuvering the gripper head.
  • the gripping plane must be transferred into the processing stations through a feed opening and along a feed direction.
  • the feed opening and a free space within the processing station are limited, for example by the closing hydraulics and the plate pairs of a heating plate or the tool halves of a molding press, so that even a partial insertion of the manipulator into the processing station is usually geometrically impossible.
  • the gripping plane in the sense of the invention can preferably be the plane within the gripper head in which the material blank is fixed for transfer from a first processing station to a second processing station.
  • the second condition can be fulfilled by the linear guide only by a translational displacement of the connection relative to the gripping plane. Due to the orientation of the access openings of the processing stations, the angle through which the gripper head and the material blank rotates is reduced must be reduced by at least half.
  • the translational movement of the linear guide can be carried out in a space-saving manner and simultaneously with the movement of the manipulator. This significantly reduces the number and duration of movement sequences and enables faster transfer of the material blank between the processing stations.
  • the manipulator can be a multi-axis robot, in particular a six-axis robot, preferably a five-axis robot.
  • the number of axes of the multi-axis robot refers to the rotational degrees of freedom of the multi-axis robot.
  • the linear guide which can be adjusted parallel to the gripping plane, allows the complexity of the manipulator to be significantly reduced without having to accept any restrictions in terms of precision or speed when maneuvering.
  • the translational movement of the linear guide is kinematically much better suited than the multi-axis robot for maneuvering the gripper head, so that the additional degree of freedom of the linear guide at the interface between the multi-axis robot and the gripper head has a variety of uses Degrees of freedom of the multi-axis robot are compensated.
  • the gripper head can also have at least one clamping gripper, which grips the material blank on at least one edge and fixes it in the gripping plane.
  • the gripper head can additionally or alternatively have at least one suction and/or needle gripper and/or vacuum suction cup, wherein the suction and/or needle gripper and/or vacuum suction cup is designed to pick up the edge of the material blank from a base.
  • the suction and/or needle gripper and/or vacuum suction cup can be pivoted between a receiving position for picking up an edge of the pliable semi-finished composite fiber product from a base and a transfer position for transferring the limp semi-finished composite fiber product to the clamping gripper.
  • the flexible composite fiber semi-finished product which may be sensitive to tensile stresses, can first be lifted minimally invasively in the edge area with the help of the suction or needle grippers and detached from the base, which makes it possible to remove the then exposed edge with the help of the clamping gripper.
  • the suction and/or Needle gripper after it is in engagement with the limp composite fiber semi-finished product, performs a pivoting movement about an axis in order to lift the limp composite fiber semi-finished product at the edge.
  • the gripper head can also have a second linear guide, which can be adjusted perpendicular to the gripping plane.
  • the second linear guide can be set up to set a distance between the base and the needle gripper in the receiving position.
  • the needle gripper can have a needle stroke perpendicular to the base, wherein the second linear guide can be set up to adjust the distance in the receiving position so that the distance corresponds to the needle stroke.
  • the transport device can safely and flexibly transfer material cuts with different thicknesses.
  • the distance between the base and the needle gripper so that the distance corresponds to the needle stroke, complete penetration of the edges of the material blank with the needles is ensured, regardless of the thickness.
  • the complete penetration enables safe lifting of the edges of the material blank without the needle stroke having to be adjusted specifically to the material blank.
  • the needle stroke can be greater than a thickness of the material blank, preferably a multiple of a thickness of the material blank.
  • this makes it possible to securely grip multi-layer material cuts or multiple layers of the material cut. This ensures that the needles do not only penetrate one length or layer. This is particularly necessary if the adhesion forces between the individual layers or layers of the material blank are not sufficient for safe lifting if only a single layer or layer is penetrated by the needles.
  • the gripper head can also have two gripper bars, the gripper bars extending along opposite edges of the gripping plane and each having at least one clamping gripper.
  • the gripper bars can also each have at least one suction and/or needle gripper.
  • the first linear guide can extend perpendicular to the gripper beam, with the gripper beam fixed to the first linear guide can.
  • the first linear guide can be connected to the manipulator via a connecting joint, preferably via a ball joint.
  • an arrangement for producing composite components comprising a first processing station, a second processing station and a transport device as described above, wherein the transport device is set up to transfer a flexible composite fiber semi-finished product from the first processing station to the second processing station
  • the first processing station can be a heating press.
  • the first processing station can also be a heating plate or an oven, in particular a convection oven or a continuous oven.
  • the second processing station can be a molding press.
  • the arrangement for producing composite components can also have a maneuvering area, wherein the transport device can be set up to maneuver the gripper head within the maneuvering area.
  • the maneuvering report can have a substantially square floor plan.
  • the first and second processing stations can each have a feed direction for inserting the gripper head.
  • the transport device can be set up to insert and/or remove the gripper head in at least one of the first or second processing stations by the first linear drive maneuvering the gripping plane along the translational feed direction.
  • the feed direction of the first and the feed direction of the second processing stations can also be arranged perpendicular to one another. Furthermore, the feed direction of the first processing station and the feed direction of the second processing stations can be arranged at an angle of less than 180° to one another and can preferably be arranged at an angle of less than 90° to one another.
  • the transport device can be mounted or arranged in a corner of the maneuvering area and between the first and second processing stations. Furthermore, the maneuvering area can have at least one further processing station and the transport device can be set up to transfer the flexible composite fiber semi-finished product from the further processing station to the second and/or third processing station and/or from the first and/or second processing station to the further processing station transfer.
  • the further processing station can have a storage table and/or a cutting table and/or a provision system for the flexible composite fiber semi-finished product. Furthermore, the further processing station can have a device for manual and/or automated post-processing of the semi-finished composite fiber product.
  • Figures i to 3 show in perspective and step by step the transfer of a pliable semi-finished composite fiber product from a first processing station to a second processing station using a transport device corresponding to the prior art
  • Figures 4 to 5 perspectively and step by step the transfer of a flexible composite fiber semi-finished product from a first processing station to a second processing station using a transport device according to the invention.
  • Figures 1 to 4 show in perspective the transfer of a flexible component 2 using a transport device corresponding to the prior art from a first processing station 3 to a second processing station 4.
  • the first processing station has a heating press and the second processing station 4 has a molding press .
  • the first and second processing stations each have a feed direction 31, 41 for inserting a gripper head 11.
  • the feed direction of the first processing station 31 and the feed direction of the second processing stations 41 are arranged perpendicular to one another.
  • a maneuvering area with a substantially rectangular floor plan extends between the first and second processing stations 31,41.
  • a six-axis robot 12 is in a corner of the Maneuvering area mounted.
  • This arrangement has the advantage that it reduces the length of the distance over which the gripper head 11 and the heated, flexible composite fiber semi-finished product 2 fixed therein have to be maneuvered. At the same time, this arrangement allows sufficient accessibility to the processing stations 3, 4 and provides sufficient space for maneuvering the gripper head 11.
  • a further processing station 5 is arranged in the maneuvering area, which has a cutting table and a provision system for the flexible composite fiber semi-finished product 2. Since the cutting table and the delivery system only protrude slightly vertically into the maneuvering area, they do not restrict the freedom of movement of the six-axis robot 12.
  • the blank of the flexible composite fiber semi-finished product to be transferred measures 23,000 mm x 2,500 mm.
  • a particularly compact arrangement is therefore absolutely necessary not only in terms of the transfer time, but also in terms of the large amount of space required on the production area.
  • Figure 1 shows a point in time immediately after the heated, limp composite fiber semi-finished product 2 was released from the surface 32 of the heating press by the needle grippers, not shown, and transferred to clamping grippers and fixed in the gripping plane.
  • the six-axis robot 12 is moved in the direction of the second processing station 4 with a first rotational movement 121 about the assembly axis of the robot.
  • the angle of the first rotational movement corresponds to the angle between the first and second feed directions of 90°.
  • FIG. 2 shows the time immediately after completion of the first rotational movement 121.
  • a second rotational movement 122 and a third rotational movement 123 must be carried out simultaneously.
  • the second rotational movement 122 essentially corresponds to the first rotational movement with the opposite direction of rotation.
  • the fourth rotational movement 124 corresponds kinematically to the first rotational movement 121.
  • the time period required for the transfer of the limp composite fiber semi-finished product 2 shown in FIGS. 1 to 3, taking into account the thermal and mechanical load limits, is 11 seconds.
  • the transport device from the prior art is therefore not suitable for a sufficiently rapid transfer of the slack composite fiber semi-finished product 2 in order to ensure high-quality shaping in the molding press.
  • the advantages in terms of time and space savings that result from the specific arrangement of the compact mold cell shown cannot be achieved with this transport device.
  • FIGS 4 and 5 show in perspective the transfer of a limp component 2 using a transport device 1 according to the invention. With the exception of the transport device 1, the embodiment shown is identical to the embodiment shown in Figures 1 to 3.
  • Figure 4 shows a comparable point in time to Figure 1, shortly after the heated, flexible composite fiber semi-finished product 2 was fixed in the gripping plane.
  • the 90° first rotational movement 121 must be carried out around the assembly axis of the six-axis robot 6.
  • a first translational movement 125 is initiated simultaneously with the first rotational movement 121.
  • the connection between the gripper head 11 and the six-axis robot 12 is adjusted relative to the gripping plane via a linear guide 13.
  • Figure 4 shows a time analogous to Figure 2.
  • the first rotational movement 121 and the first translational movement 125 are almost completely completed.
  • the connection was adjusted to the side of the gripper head 11 facing away from the molding press.
  • the transfer can be completed immediately after the first translational movement 125 has been completed.
  • the additional time-consuming movement sequences 122, 123, 124 shown in Figures 2 and 3 are not necessary according to the invention.
  • the time saving for transferring a blank of the flexible composite fiber semi-finished product 2 with the embodiment according to the invention amounts to 5 seconds. This critical time interval is therefore reduced to 6 seconds, which enables fully automated processing of cuts of the flexible composite fiber semi-finished product measuring more than 3000 mm x 3000 mm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Transportvorrichtung (1) für das Überführen eines Materialzuschnitts (2) von einer ersten Bearbeitungsstation (3) zu einer zweiten Bearbeitungsstation (4), wobei die Transportvorrichtung einen Greiferkopf für das Anheben und Ablegen des Materialzuschnitts (2) und einen Manipulator (12) für das Manövrieren des Greiferkopfs (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferkopf (11) eine erste Linearführung (13) aufweist, die parallel zu einer Greifebene des Greiferkopfs (14) einstellbar ist, und wobei der Greiferkopf (11) über die erste Linearführung (13) an den Manipulator (12) angebunden ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen.

Description

Transportvorrichtung für das Überführen eines Materialzuschnitts und eine Anordnung zur Herstellung von Verbundbauteilen
Die Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung für das Überführen eines biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation zur Herstellung von Verbundbauteilen und eine entsprechende Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen. Derartige Transportvorrichtungen werden beispielsweise bei der Handhabung textiler Verbundfaserhalbzeuglagen bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile verwendet.
Bei der Herstellung faserverstärkter Kunststoffbauteile ist es erforderlich, das Verbundfaserhalbzeug, nachdem es in einer Heizpresse vorverdichtet und erhitzt worden ist, zügig aus der Heizpresse zu entnehmen und in eine Formpresse zu überführen, in der dem Verbundfaserhalbzeug eine vorgesehene Form gegeben und das während des Formgebungsprozesses noch warme Verbundfaserhalbzeug abgekühlt wird, um es zu verfestigen. Das in der Heizpresse vorverdichtete und erhitzte faserverstärkte Verbundfaserhalbzeug ist biegeschlaff und weist stark reduzierte mechanische Eigenschaften, etwa eine niedrige Festigkeit, auf.
In vollautomatischen Formanlagen wird das in der Regel klebrige Verbundfaserhalbzeug aus der Heizpresse mittels einer rahmenförmigen Greiferanordnung aufgenommen, wobei die Greiferanordnung die Ränder des Verbundfaserhalbzeugs von der Heizpresse mit einem Klemmgreifer in einer Greifebene für die Überführung in eine weitere Bearbeitungsstation fixiert. Eine solche Greiferanordnung ist in der DE 10 2018 112307 Ai beschrieben.
Nach dem Aufnehmen des Verbundfaserhalbzeugs wird die Greiferanordnung mittels eines Mehrachsenroboters aus der Heizpresse entnommen, wobei der Mehrachsenroboter an einer dem Verbundfaserhalbzeug abgewandten Stirnseite der Greiferanordnung festgelegt ist. Anschließend wird die Greiferanordnung samt dem fixierten Verbundfaserhalbzeug zu der Formpresse manövriert und zwischen die Werkzeugplatten der Formpresse eingeführt.
Hinsichtlich der Ausmaße des Verbundfaserhalbzeugs ist die beschriebene Transportvorrichtung jedoch stark beschränkt. Eine limitierende Einflussgröße hierfür ist die Zeitspanne, welche für die Überführung des Verbundfaserhalbzeugs von der Heizpresse in die Formpresse benötigt wird. Erkaltet das Verbundfaserhalbzeug während der Überführung zu stark, kann dieses während der Formgebung beschädigt, fehlerhaft geformt werden oder gar reißen. Die Länge der Strecke, über welche die Greiferanordnung manövriert wird, ist im Wesentlichen proportional zum Ausmaß des Verbundfaserhalbzeugs. Eine entsprechend verlängerte Strecke lässt sich aufgrund der oben genannten Eigenschaften des erwärmten Verbundfaserhalbzeugs jedoch nur innerhalb enger Grenzen durch eine Erhöhung der Operationsgeschwindigkeit des Mehrachsenroboters kompensieren. Neben den erhöhten mechanischen Belastungen durch gesteigerte Beschleunigungen, wirken durch die rotatorischen Bewegungen des Mehrachsenroboters Zentripetalkräfte auf das Verbundfaserhalbzeug, welche sowohl mit der Geschwindigkeit als auch mit den Ausmaßen des Verbundfaserhalbzeugs zunehmen. Ferner weist das Verbundfaserhalbzeug wegen seiner grundsätzlich planen Form ein hinsichtlich Wärmeverluste ungünstiges Oberflächen-zu- Volumen-Verhältnis auf. Gerade eine Beschleunigung des Verbundfaserhalbzeugs während der Überführung erhöht den advektiven Wärmetransport von der Oberfläche des Verbundfaserhalbzeugs und sorgt somit für eine schnellere Erkaltung.
Für besonders große Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen, beispielsweise Innenverkleidungskomponenten von Pkw, müssen Zuschnitte des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs mit einem Ausmaß von mehr als 3000 mm x 3000 mm verarbeitet werden. Die eingangs beschriebene Transportvorrichtung eignet sich aus den oben beschriebenen Gründen nicht derart große Verbundfaserhalbzeugzuschnitte zu überführen. Stattdessen wird bei einer entsprechenden Herstellung weiterhin das erwärmte Verbundfaserhalbzeugs manuell und arbeitsintensiv aus der Heizpresse entnommen und mittels eines Linearantriebs in eine Formpresse überführt.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Transportanordnung der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, welche die beschädigungsfreie Überführung von großen Materialzuschnitten, insbesondere von biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugen zwischen Bearbeitungsstationen geeignet ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Transportvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausführungsformen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Demgemäß ist vorgesehen, dass die Transportvorrichtung für das Überführen eines Materialzuschnitts von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation, einen Greiferkopf für das Anheben und Ablegen des Materialzuschnitts und einen Manipulator für das Manövrieren des Greiferkopfes aufweist, wobei der Greiferkopf eine erste Linearführung aufweist, die parallel zu einer Greifebene des Greiferkopfs einstellbar ist und wobei der Greiferkopf über die erste Linearführung an den Manipulator angebunden ist. Durch die Linearführung wir erreicht, dass eine relative Position der Anbindung zwischen Manipulator und Greiferkopf zu der Greifebene flexibel eingestellt werden kann. Dies hat hinsichtlich des Einführens des Greiferkopfs in die Bearbeitungsstationen und des Manövrierens des Greiferkopfs beim Überführen entscheidende Vorteile gegenüber einer gattungsgemäßen Transportvorrichtung, welche eine Anpassung dieser Position nicht zulässt. Grundsätzlich muss eine Kinematik des Manipulators während des Manövrierens des Greiferkopfes zwei Bedingungen erfüllen. Zum einen muss die Greifebene durch eine Zuführöffnung und entlang einer Zuführrichtung in die Bearbeitungsstationen überführt werden. Die Zuführöffnung sowie ein Freiraum innerhalb der Bearbeitungsstation sind jedoch so begrenzt, beispielsweise durch die Schließhydraulik und die Plattenpaare einer Heizplatte oder die Werkzeughälften einer Formpresse, sodass auch nur ein partielles Einführen des Manipulators in die Bearbeitungsstation geometrisch meist ausgeschlossen ist. Somit ergibt sich zum anderen eine zweite Bedingung, wobei die Anbindung zwischen Manipulator und Greiferkopf unmittelbar vor die Zuführöffnung der Bearbeitungsstation manövriert werden muss.
Demgemäß kann die Greifebene im Sinne der Erfindung vorzugswiese diejenige Ebene innerhalb des Greiferkopfs sein, in welcher der Materialzuschnitt für die Überführung von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation fixiert ist.
In einer gattungsgemäßen Transportvorrichtung erhöht sich zur Erfüllung der zweiten Bedingung die Anzahl der zusätzlichen Bewegungsabläufe des Manipulators um zumindest eine Rotationsbewegung. Bedingt durch die Orientierung der Bearbeitungsstationen und begrenzten Raum für das Manövrieren des Greiferkopfs kann dies jedoch ein einer Vielzahl an zusätzlichen Bewegungen des Manipulators resultieren. In der erfindungsgemäßen Transportvorrichtung kann hingegen durch die Linearführung die zweite Bedingung lediglich durch eine translatorische Verschiebung der Anbindung relativ zu der Greifebene erfüllt werden. Bedingt durch die Orientierung der Zugangsöffnungen der Bearbeitungsstationen reduziert sich der Winkel, um welchen der Greiferkopf und den Materialzuschnitt rotiert werden müssen, um mindestens die Hälfte. Die translatorische Bewegung der Linearführung kann platzsparend und simultan zu der Bewegung des Manipulators ausgeführt werden. Somit wird die Anzahl und Dauer der Bewegungsabläufe entscheidend reduziert und eine schnellere Überführung des Materialzuschnitts zwischen den Bearbeitungsstationen ermöglicht.
Der Manipulator kann ein Mehrachsenroboter, insbesondere ein Sechsachsenroboter, vorzugsweise ein Fünfachsenroboter sein. Die Anzahl der Achsen des Mehrachsenroboters bezieht sich hierbei auf die rotatorischen Freiheitsgrade des Mehrachsenroboters. Durch die Linearführung, welche parallel zu der Greifebene einstellbar ist, kann die Komplexität des Manipulators deutlich reduziert werden, ohne Einschränkungen hinsichtlich Präzision oder Geschwindigkeit beim Manövrieren hinnehmen zu müssen. Insbesondere unmittelbar beim Einführen in die Bearbeitungsstationen und beim Entnehmen des Greiferkopfs aus den Bearbeitungsstationen eignet sich die translatorische Bewegung der Linearführung kinematisch deutlich besser als der Mehrachsenroboter für das Manövrieren des Greiferkopfs, sodass der zusätzliche Freiheitsgrad der Linearführung an der Schnittstelle zwischen Mehrachsenroboter und Greiferkopf eine Vielzahl an Freiheitsgraden des Mehrachsenroboters kompensiert.
Der Greiferkopf kann ferner zumindest einen Klemmgreifer aufweisen, welcher den Materialzuschnitt an zumindest einem Rand ergreift und in der Greifebene fixiert. Der Greiferkopf kann darüber hinaus oder alternativ mindestens einen Saug- und/ oder Nadelgreifer und/oder Vakuumsauger aufweisen, wobei der Saug- und/oder Nadelgreifer und/oder Vakuumsauger dazu eingerichtet ist, den Rand des Materialzuschnitts von einer Unterlage aufzunehmen. Darüber hinaus kann der Saug- und/oder Nadelgreifer und/oder Vakuumsauger zwischen einer Aufnahmeposition zum Aufnehmen eines Rands des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs von einer Unterlage und einer Übergabeposition zum Übergeben des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs an den Klemmgreifer verschwenkt werden.
Mithilfe des mindestens einen Saug- und/oder Nadelgreifers kann somit das biegeschlaffe und gegebenenfalls gegenüber Zugspannungen empfindliche Verbundfaserhalbzeug zunächst im Randbereich mit Hilfe der Saug- oder Nadelgreifer minimalinvasiv angehoben und von der Unterlage abgelöst werden, wodurch es möglich wird, den dann freiliegenden Rand mit Hilfe des Klemmgreifers sicher zu fassen. Dazu ist es vorgesehen, dass der Saug- und/oder Nadelgreifer, nachdem er mit dem biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeug in Eingriff steht, eine Schwenkbewegung um eine Achse vollzieht, um das biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug am Rand anzuheben.
Der Greiferkopf kann weiterhin eine zweite Linearführung aufweist, welche senkrecht zu der Greifebene einstellbar ist.
Die zweite Linearführung kann dazu eingerichtet ist, in der Aufnahmeposition einen Abstand zwischen der Unterlage und dem Nadelgreifer einzustellen. Der Nadelgreifer kann einen Nadelhub senkrecht zur Unterlage aufweisen, wobei die zweite Linearführung dazu eingerichtet sein kann, in der Aufnahmeposition den Abstand einzustellen, sodass der Abstand dem Nadelhub entspricht.
Mithilfe der zweiten Linearführung kann die Transportvorrichtung Materialzuschnitte mit unterschiedlichen Dicken sicher und flexibel überführen. Indem der Abstand zwischen der Unterlage und dem Nadelgreifer so eingestellt wird, dass der Abstand dem Nadelhub entspricht, wird eine vollständige Durchdringung der Ränder des Materialzuschnitts mit den Nadeln unabhängig von der Dicke sichergestellt. Durch die vollständige Durchdringung kann eine sicheres anheben, der Ränder des Materialzuschnitts ermöglicht werden, ohne dass der Nadelhub spezifisch auf den Materialzuschnitt eingestellt werden muss.
Ferner kann der Nadelhub größer als eine Dicke des Materialzuschnitts, vorzugsweise ein Vielfaches einer Dicke des Materialzuschnitts sein. Neben den oben genannten Vorteilen ermöglicht dies, mehrlagige Materialzuschnitte oder mehrere Schichten des Materialzuschnitts sicher zu ergreifen. Hierdurch wird sichergestellt, dass nicht nur eine Lange bzw. Schicht von den Nadeln durchdrungen wird. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn die Adhäsionskräfte zwischen den einzelnen Schichten bzw. Lagen des Materialzuschnitts nicht für ein sicheres Aufheben ausreichen, wenn nur eine einzelne Schichte bzw. Lage von den Nadeln durchdrungen wird.
Der Greiferkopf kann ferner zwei Greiferbalken aufweisen, wobei sich die Greiferbalken entlang gegenüberliegenden Rändern der Greifebene erstrecken und jeweils mindestens einen Klemmgreifer aufweisen. Die Greiferbalken können ferner jeweils zumindest einen Saug- und/oder Nadelgreifer aufweisen. Die erste Linearführung kann sich senkrecht zu den Greiferbalken erstreckt, wobei die Greiferbalken an der ersten Linearführung festgelegt ein können. Darüber hinaus kann die erste Linearführung über ein Verbindungsgelenk, vorzugsweise über ein Kugelgelenk mit dem Manipulator verbunden sein.
Gemäß einem anderen Aspekt wird eine Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen beschrieben, umfassend eine erste Bearbeitungsstation, eine zweite Bearbeitungsstation und eine Transportvorrichtung wie oben beschrieben, wobei die Transportvorrichtung dazu eingerichtet ist, ein biegeschlaffes Verbundfaserhalbzeug von der ersten Bearbeitungsstation in die zweite Bearbeitungsstation zu überführen
Dabei kann die erste Bearbeitungsstation eine Aufheizpresse sein. Die erste Bearbeitungsstation kann ferner eine Heizplatte oder ein Ofen, insbesondere ein Konvektionsofen oder ein Durchlaufofen sein.
Die zweite Bearbeitungsstation kann eine Formpresse sein.
Die Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen kann ebenfalls einen Manövrierbereich aufweisen, wobei die Transportvorrichtung dazu eingerichtet sein kann, den Greiferkopf innerhalb des Manövrierbereichs zu manövrieren. Der Manövrierbericht kann einen im wesentlichen viereckigen Grundriss aufweisen.
Die erste und die zweite Bearbeitungsstation können jeweils eine Zuführrichtung für das Einführen des Greiferkopfs aufweisen. Die Transportvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Greiferkopf in zumindest einer der ersten oder zweiten Bearbeitungsstation einzuführen und/oder zu entnehmen, indem der erste Linearantrieb die Greifebene entlang der translatorisch Zuführrichtung manövriert.
Die Zuführrichtung der ersten und die Zuführrichtung der zweiten Bearbeitungsstationen können ferner senkrecht zueinander angeordnet sein. Ferner kann die Zuführrichtung der ersten Bearbeitungsstation und die Zuführrichtung der zweiten Bearbeitungsstationen in einem Winkel von weniger als i8o° zueinander angeordnet sein und bevorzugt in einem Winkel von weniger als 90° zueinander angeordnet sein.
Die Transportvorrichtung kann in einer Ecke des Manövrierbereichs und zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation montiert oder angeordnet sein. Ferner kann der Manövrierbereich zumindest eine weitere Bearbeitungsstation aufweisen und die Transportvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, das biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug von der weiteren Bearbeitungsstation zu der zweiten und/oder dritten Bearbeitungsstation zu überführen und/oder von der ersten und/oder zweiten Bearbeitungsstation zu der weiteren Bearbeitungsstation zu überführen.
Die weitere Bearbeitungsstation kann ein Ablagetisch und/ oder ein Zuschneidetisch und/oder ein Bereitstellungssystem für das biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug aufweisen. Ferner kann die weitere Bearbeitungsstation eine Vorrichtung für das manuelle und/oder automatisierte Nachbearbeiten des Verbundfaserhalbzeugs aufweisen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Figuren i bis 3 perspektivisch und schrittweise die Überführung eines biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation mithilfe einer dem Stand der Technik entsprechenden Transportvorrichtung; und
Figuren 4 bis 5 perspektivisch und schrittweise die Überführung eines biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation mithilfe einer erfindungsgemäßen Transportvorrichtung.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen perspektivisch die Überführung eines biegeschlaffen Bauteils 2 mithilfe einer dem Stand der Technik entsprechenden Transportvorrichtung von einer erstem Bearbeitungsstation 3 zu einer zweiten Bearbeitungsstation 4. In der dargestellten Ausführungsform weist die erste Bearbeitungsstation eine Heizpresse und die zweite Bearbeitungsstation 4 eine Formpresse auf. Die erste und die zweite Bearbeitungsstation weisen jeweils eine Zuführrichtung 31, 41 für das Einführen eines Greiferkopfs 11 auf. Die Zuführrichtung der ersten Bearbeitungsstation 31 und die Zuführrichtung der zweiten Bearbeitungsstationen 41 sind senkrecht zueinander angeordnet. Ein Manövrierbereich mit einem im wesentlichen rechteckigen Grundriss erstreckt sich zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation 31,41. Ein Sechsachsenroboter 12 ist in einer Ecke des Manövrierbereichs montiert. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass hierdurch die Länge der Strecke verringert wird, über welche der Greiferkopf 11 und das darin fixierte erwärmte biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug 2 manövriert werden muss. Gleichzeitig erlaubt diese Anordnung eine ausreichende Zugänglichkeit zu den Bearbeitungsstationen 3,4 und gewährt hinreichend Platz zum Manövrieren des Greiferkopfes 11. Im Manövrierbereich ist eine weitere Bearbeitungsstation 5 angeordnet, welche einen Zuschneidetisch und ein Bereitstellungssystem für das biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug 2 aufweist. Da der Zuschneidetisch als auch das Bereitstellungssystem nur unwesentlich senkrecht in den Manövrierbereich hineinragen, schränken diese die Bewegungsfreiraum des Sechsachsenroboter 12 nicht ein. In dem dargestellten Ausführungsform misst der zu überführende der Zuschnitt des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs 23000 mm x 2500 mm. Eine besonders kompakte Anordnung ist somit nicht nur hinsichtlich der Zeitspanne der Überführung absolut notwendig, sondern auch hinsichtlich des großen Platzverbrauchs auf der Produktionsfläche.
Figur 1 zeigt einen Zeitpunkt unmittelbar nachdem das erwärmte biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug 2 von der Oberfläche 32 der Heizpresse durch die nicht dargestellten Nadelgreifer gelöst, und an Klemmgreifer übergeben und in der Greifebene fixiert wurde. Zunächst wird der Sechsachsenroboter 12 mit einer ersten Rotationsbewegung 121 um die Montageachse des Roboters in Richtung der zweiten Bearbeitungsstation 4 bewegt. Der Winkel der ersten Rotationsbewegung entspricht dabei dem Winkel zwischen der ersten und zweiten Zuführrichtung von 90°. Ein direktes Einführen des Greiferkopfes 11 in die Formpresse im Anschluss ist zu diesem Zeitpunkt jedoch nicht möglich, da der Sechsachsenroboter 12, insbesondere Gelenke und Komponenten des Sechsachsenroboters 12 nahe der Anbindung zum Greiferkopf, mit der Heizpresse kollidieren würden.
Stattdessen sind zusätzliche Bewegungsabläufe des Sechsachsenroboters 12 vonnöten, welche in den Figuren 2 und 3 gezeigt sind. Figur 2 zeigt den Zeitpunkt unmittelbar nach Abschluss der ersten Rotationsbewegung 121. Um eine für die Einführung geeignete Orientierung der Anbindung zwischen Sechsachsenroboters 12 an der Greiferkopf 11 zu der zweiten Bearbeitungsstation 4 zu erreichen, müssen eine zweite Rotationsbewegung 122 und dritte Rotationsbewegung 123 simultan vollzogen werden. Die zweite Rotationsbewegung 122 entspricht im Wesentlichen der ersten Rotationsbewegung mit umgekehrtem Drehsinn. Durch die dritte Rotationsbewegung 123 wird der Greiferkopf 11 durch den Sechsachsenroboter um 90° um die Anbindungsachse und entgegen dem Drehsinn der zweiten Rotationsbewegung 122 rotiert. Vor dem Einführen des Greiferkopfes in die Formpresse muss abschließend noch die in der Figur 3 dargestellte Bewegungsablauf vollzogen werden. Die vierte Rotationsbewegung 124 entspricht dabei kinematisch wider der ersten Rotationsbewegung 121.
Die Zeitspanne, welche für die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Überführung des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs 2 unter Berücksichtigung der thermischen und mechanischen Belastungsgrenzen benötigt wird, beläuft sich auf 11 Sekunden. Damit eignet sich eine die Transportvorrichtung aus dem Stand der Technik nicht für eine ausreichend schnelle Überführung des beigeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs 2, um eine qualitativ Hochwertige Formgebung in der Formpresse zu gewährleisten. Ferner lassen sich die Vorteile hinsichtlich Zeit und Platzersparnis, welche sich aus der spezifischen Anordnung der dargestellten kompakten Formzelle ergeben mit dieser Transportvorrichtung nicht realisieren.
Die Figuren 4 und 5 zeigen perspektivisch die Überführung eines Biegeschlaffen Bauteils 2 mithilfe einer erfindungsgemäßen Transportvorrichtung 1. Mit Ausnahme der Transportvorrichtung 1 ist die dargestellte Ausführungsform identische mit der Ausführungsform, welche in den Figuren 1 bis 3 gezeigt ist.
Figur 4 zeigt einen vergleichbaren Zeitpunkt wie die Figur 1, kurz nachdem das erwärmte biegeschlaffe Verbundfaserhalbzeug 2 in der Greifebene fixiert wurde.
Ähnlich wie bei der Überführung mit der Transportvorrichtung nach dem Stand der Technik, muss die 90° umfassende erste Rotationsbewegung 121 um die Montageachse des Sechsachsenroboters 6 vollzogen werden. Anders als zuvor wird erfindungsgemäß simultan zu der ersten Rotationsbewegung 121 eine erste Translationsbewegung 125 eingeleitet. Hierbei wird die Anbindung zwischen Greiferkopf 11 und Sechsachsenroboter 12 über einen Linearführung 13 relativ zu der Greifebene verstellt.
Figur 4 zeigt einen Zeitpunkt analog zu der Figur 2. Zu dem dargestellten Zeitpunkt sind die erste Rotationsbewegung 121 und die erste Translationsbewegung 125 fast vollständig abgeschlossen. Durch die erste Translationsbewegung 125 wurde die Anbindung auf die der Formpresse abgewandte Seite des Greiferkopfes 11 verstellt. Entgegen der in der Figur 2 dargestellten Bewegungsablauf besteht jedoch keine Gefahr der Kollision des Sechsachsenroboters 12 mit der Formpresse beim Einführen des Greiferkopfes 11. Infolgedessen kann die Überführung bereits unmittelbar nach Abschluss der ersten Translationsbewegung 125 beendet werden. Die zusätzlichen in den Figuren 2 und 3 dargestellten zeitintensiven Bewegungsabläufe 122,123,124, sind erfindungsgemäß nicht notwendig. Im Vergleich zu der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Überführung, beläuft sich die Zeitersparnis für die Überführung eines Zuschnitts des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs 2 mit der erfindungsgemäßen Ausführungsform auf 5 Sekunden. Somit wird dieses kritische Zeitintervall auf 6 Sekunden reduziert, wodurch eine vollautomatisierte Verarbeitung von Zuschnitten des biegeschlaffen Verbundfaserhalbzeugs von mehr als 3000 mm x 3000 mm ermöglicht wird.
Bezugszeichenliste:
Transportvorrichtung
Verbundfaserhalbzeug erste Bearbeitungsstation zweite Bearbeitungsstation
Weitere Bearbeitungsstation
Greiferkopf
Manipulator
Linearführung
Greifebene
Zuführrichtung der ersten Bearbeitungsstation
Unterlage
Zuführrichtung der zweiten Bearbeitungsstation

Claims

Ansprüche: Transportvorrichtung (1) für das Überführen eines Materialzuschnitts (2) von einer ersten Bearbeitungsstation (3) zu einer zweiten Bearbeitungsstation (4), wobei die Transportvorrichtung einen Greiferkopf für das Anheben und Ablegen des Materialzuschnitts (2) und einen Manipulator (12) für das Manövrieren des Greiferkopfs (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferkopf (11) eine erste Linearführung (13) aufweist, die parallel zu einer Greifebene des Greiferkopfs (14) einstellbar ist, und wobei der Greiferkopf (11) über die erste Linearführung (13) an den Manipulator (12) angebunden ist. Transportvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Manipulator (12) ein Mehrachsenroboter ist, wobei der Mehrachsenroboter vorzugsweise weniger als sechs Bewegungsachsen aufweist. Transportvorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, bei der der Greiferkopf (11) zumindest einen Klemmgreifer mit zumindest einem Greiferpaar mit einem Saug- und/oder Nadelgreifer aufweist, wobei der Saug- und/oder Nadelgreifer zwischen einer Aufnahmeposition zum Aufnehmen eines Rands des Materialzuschnitts von einer Unterlage (32) und einer Übergabeposition zum Übergeben des Materialzuschnitts (2) an den Klemmgreifer verschwenkbar ist. Transportvorrichtung (1) nach Anspruch 3, bei der der Greiferkopf (11) eine zweite Linearführung aufweist, welche senkrecht zu der Greifebene einstellbar ist und wobei die zweite Linearführung dazu eingerichtet ist, den Nadelgreifer relativ zu der Unterlage (32) zu verstellen. Transportvorrichtung (1) nach Anspruch 4, bei der die zweite Linearführung eingerichtet ist, in der Aufnahmeposition einen Abstand zwischen der Unterlage (32) und dem Nadelgreifer einzustellen, indem der Nadelgreifer relativ zu der Unterlage verstellt (32) wird. Transportvorrichtung nach Anspruch 5, bei der der Nadelgreifer einen Nadelhub senkrecht zu der Unterlage (32) aufweist, wobei die zweite Linearführung eingerichtet ist, in der Aufnahmeposition den Abstand einzustellen, sodass der Abstand dem Nadelhub entspricht. - Transportvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Nadelhub größer als eine Dicke des Materialzuschnitts (2), vorzugsweise ein Vielfaches einer Dicke des Materialzuschnitts (2) ist. . Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen, umfassend eine erste Bearbeitungsstation (3) für Verbundstoffhalbzeuge, eine zweite Bearbeitungsstation für Verbundstoffhalbzeuge (4) und eine Transportvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Transportvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, ein Materialzuschnitt (2) aus der ersten Bearbeitungsstation (3) zu entnehmen und von der ersten Bearbeitungsstation (3) in die zweite Bearbeitungsstation (4) zu überführen. . Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach Anspruch 8, bei der die erste Bearbeitungsstation (3) eine Aufheizpresse ist. 0. Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei der die zweite Bearbeitungsstation (4) eine Formpresse ist. 1. Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die Anordnung einen Manövrierbereich aufweist, wobei der Manövrierbereich an zwei Seiten durch die erste und die zweite Bearbeitungsstation begrenzt wird, wobei die Transportvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, den Greiferkopf (11) innerhalb des Manövrierbereichs zu manövrieren. 2. Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach Anspruch 11, bei der die erste und die zweite Bearbeitungsstation (3, 4) jeweils eine Zuführrichtung (31, 41) für das Einführen und/ oder Entnehmen des Greiferkopfs (11) in die erste oder zweite Bearbeitungsstation (3,4) aufweisen und wobei die Transportvorrichtung (1) dazu eingerichtet ist, den Greiferkopf (11) in zumindest einer der ersten oder zweiten Bearbeitungsstation (3,4) einzuführen und/ oder zu entnehmen, indem der erste Linearantrieb (13) die Greifebene entlang der Zuführrichtung (31, 41) manövriert. - Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen Anspruch 12, bei der die Zuführrichtung (31) der ersten Bearbeitungsstation (3) und die Zuführrichtung (41) der zweiten Bearbeitungsstationen (4) in einem Winkel von weniger als 180° zueinander angeordnet sind und bevorzugt in einem Winkel von weniger als 90° zueinander angeordnet sind. . Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach Anspruch 13, bei der die Transportvorrichtung (4) in einer Ecke des Manövrierbereichs und zwischen der ersten und zweiten Bearbeitungsstation (3, 4) angeordnet ist. . Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der der Manövrierbereich zumindest eine weitere Bearbeitungsstation (5) aufweist und wobei die Transportvorrichtung (1) eingerichtet ist, den Materialzuschnitt (2) von der weiteren Bearbeitungsstation (5) zu der zweiten und/oder dritten Bearbeitungsstation (3,4) zu überführen und/oder von der ersten und/oder zweiten Bearbeitungsstation (3,4) zu der weiteren Bearbeitungsstation (5) zu überführen. . Anordnung zur Herstellung von Verbundstoffbauteilen nach Anspruch 15, bei der die weitere Bearbeitungsstation (5) einen Ablagetisch und/oder einen Zuschneidetisch und/oder Bereitstellungssystem für den Materialzuschnitt (2) aufweist.
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