Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von

mehrschichtigen textilen Gebilden, insbesondere von textilen Halbzeugen, wobei die zugrundeliegenden Materialen für die textilen Gebilde überwiegend aus Fasern bestehen.

Im Rahmen der Erfindung sollen unter dem Begriff„textile Gebilde“ linienförmige textile Gebilde, wie z. B. Garne, Zwirne und Seile, insbesondere aber die flächenförmigen textilen Gebilde, wie z. B. Gelege, Gewebe, Gewirke, Gestricke, Geflechte, Nähgewirke, Vliesstoffe und Filze und die räumlichen textilen Gebilde (Körpergebilde) wie z. B. textile Schläuche, Strümpfe oder - bevorzugt - textile Halbzeuge für verstärkte Kunststoffbauteile verstanden werden.

Die zugrundliegenden Materialien können sowohl aus Naturfasern als auch aus Chemiefasern bestehen, wobei letztere, neben den anorganischen Fasern, wie Glas- und Kohlenstoffasern besonders bevorzugt verwendet werden.

Unter dem Begriff„Fasern“ wiederum werden in dieser Erfindung sowohl

Filamente, Stapelfasern, Multifilamentfasern, Garne, oder Monofilamente verstanden, also endlose oder längenbegrenzte und im Verhältnis zu ihrer Länge dünne, flexible Gebilde. Um im technischen Bereich von einer„Faser“ zu sprechen, sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens zwischen 3:1 und 10:1 liegen; für viele textile Anwendungen liegt es bei über 1000:1.

Zugrundeliegende Materialien für die Herstellung textiler Gebilde, die überwiegend aus Fasern bestehen, können verschiedene Formen aufweisen. Denkbar sind beispielsweise runde oder bändchenartige Formen. Gerade im Bereich bändchenartiger Formen existiert eine große Vielfalt möglicher Materialien, die dem Fachmann beispielsweise unter den Bezeichnungen„Towpregs“,„Tapes“, „Prepregtapes“ oder„Spreadtows“ bekannt sind.

Textile Gebilde in allerlei Konfigurationen und Ausrichtungen sind bekannt. Sie werden überwiegend auf Produktionsanlagen nach Kundenvorgaben produziert. Auch entsprechende Produktionsanlagen sind dem Fachmann geläufig und sind unter anderem bekannt als flexible Legeanlagen, wie z.B. CORIOLIS,

Compositence, F2 Compositor. Darüber hinaus zählen dazu Webmaschinen, Wirkmaschinen, Zuschneidemaschinen (Cutter und Plotter), Stickanlagen und ähnliches.

Aus der EP 2 631 062 ist eine automatische Faserablage (AFP)-Maschine und ein Lay-up-Dornwerkzeug, das durch die AFP-Maschine getragen wird, bekannt, wobei das Dornwerkzeug ein Gitterträger-Innenteil und eine Vielzahl von Dorn- Platten aufweist, die an dem Gitterträger-Innenteil angebracht sind und eine Ablagefläche bilden.

Ein Textil, das aus wenigstens einer, typischerweise jedoch zwei oder mehreren, verschieden orientierten Schichten besteht und dessen Kontur annähernd der Bauteilkontur entspricht, wird einschlägig auch als„Stack“ oder„Preform“ bezeichnet.

All diesen vorbekannten Anlagen ist gemein, dass sie über sogenannte User Interfaces (Ul) üblicherweise offline und/oder nur den Mitarbeitern des jeweiligen Anlagenbetreibers zugänglich sind und dass die Produktion eines neuen Produkts mit einem (häufig nicht unerheblichen) ökonomischen Vorbereitungs-,

Einrichtungs- und Rüstaufwand verbunden ist, der auf die produzierte Menge umgelegt werden muss.

Dabei werden im Wesentlichen über diese Uls die entsprechenden technischen Maschinendaten (z.B. Lege-Pfade) einer Anlage generiert bzw. eingegeben, die zur Herstellung eines bestimmten Produktes erforderlich sind. Wird also ein bestimmtes textiles Gebilde gewünscht, so werden die Kundenwünsche betreffend Beschaffenheit, Aufbau, Kontur oder auch

Materialausrichtung dem Maschinenbetreiber online oder offline mitgeteilt, von diesem gecheckt und verifiziert und nach entsprechender Annahme dann als Auftrag an die Maschine gegeben.

Nachteilig bei diesem Verfahren sind zum einen die personalintensiven

Kontrollschritte. Zum anderen ist es aber - bedingt durch die zwischenzeitlich erforderliche Approbation - in aller Regel unwirtschaftlich, diese Prozedur bei kleinen Bestellmengen zu durchlaufen. Das führt dann dazu, dass

Mindestbestellmengen eingeführt werden, um die Verfahren des Standes der Technik für den Anlagenbetreiber rentabel zu erhalten.

Wird nun die Produktion eines neuen Produkts auf den bekannten, dem Stand der Technik entsprechenden Produktionsanlagen - wie z.B. der in der EP 2 631 062 beschriebenen AFP Anlage begonnen, erfordert es ein einmaliges Abfahren im sogenannten„Einrichtbetrieb“ der über ein Ul oder eine andere Software generierten Produktionsbahnen, um sicher zu stellen, dass die generierten

Bahnen nicht zu einer Kollision der verschiedenen Elemente einer

Produktionsmaschine führen (z.B. von Ablagetisch und Legeeinheit oder von Ablageform und Legeeinheit).

Das zwingend vorgeschriebene„Abfahren im Einrichtbetrieb“ erlaubt keine ökonomische Produktion individuell gestalteter Textilien, also

Sonderanfertigungen, auch unter der Bezeichnung Losgröße 1 (eins) bekannt. Der Grund hierfür liegt im mechanischen Maschinen-Design aktueller Anlagen.

Anlagen, die dem Stand der Technik entsprechen, erfordern immer eine Prüfung der generierten Produktionsdaten (i.d.R. durch einmaliges langsames Abfahren) durch einen Menschen bzw. den Anlagen-Bediener, erlauben es also nicht, die durch den Kunden/Benutzer selbst in das System eingegebenen Produktionsdaten werden, unreflektiert und ungeprüft zu übernehmen. Diese Unzulänglichkeit macht die Verfahren des Standes der Technik unwirtschaftlich für die Produktion und insbesondere für das Herstellen von benutzerdefinierten Klein- bzw.

Sonderanfertigungen (Losgröße 1 ).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches die Herstellung von textilen Gebilden, insbesondere von textilen Halbzeugen, einfach, flexibel und insbesondere auch für Klein- und Kleinstmengen wirtschaftlich macht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das eingangs beschriebene Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Starten eines internetbasierten Bestellprogramms durch den Besteller / Kunden

- Eingabe der gewünschten Konturdaten des textilen Gebildes durch den Besteller / Kunden

- Eingabe der Orientierungsdaten der Materialien durch den Besteller / Kunden, wobei

diese Daten in einer voll automatisch aufbereiteten Form anschließend ohne menschliche Prüfung oder Überarbeitung direkt in die Warteschlange einer Produktionsmaschine gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass die

Produktionsmaschine konstruktiv so gestaltet ist, dass zwischen Ablegeeinheit und Form, auf die abgelegt wird, ein Mindestabstand von 0,1 mm

konstruktionsbedingt nicht unterschritten werden kann.

Durch diese konstruktive Gestaltung kann es auch bei unzulässigen Daten nicht zur Kollision von Maschinenelementen kommen, wodurch es möglich ist, auf jedwede menschliche Interaktion während des Herstellprozesses zu verzichten.

Diese konstruktive Gestaltung kann auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. Denkbar ist beispielsweise die ständige Überwachung des Abstandes zwischen der Ablegeeinheit und der Form durch optische Hilfsmittel, wie z.B. eine Lichtschranke, die bei Unterschreitung eines bestimmten Abstandes den

Legevorgang unterbricht. Auch die Verwendung interferometrischer Verfahren z. B. mittels Laser ist denkbar. Neben einer ständigen Überwachung des Abstandes zwischen der Form und der Ablegeeinheit ist auch eine mechanische Blockierung der Annährung unter einen bestimmten Abstand möglich. Hierfür muss die

Beweglichkeit der Form und der Legeeinheit aufeinander zu bzw. voneinander weg durch geeignete mechanische Mittel eingeschränkt werden. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass sich die Form und die Ablegeeinheit überhaupt nicht aufeinander zu und voneinander wegbewegen können. Eine solche Ausführungsform ist jedoch für die Produktion mehrlagiger textiler Gebilde, die im Laufe der Produktion an Dicke zunehmen, nicht vorteilhaft, da dann die zunehmende Dicke des auf oder in der Form befindlichen textilen Gebildes nicht mehr kompensiert werden und es auf diesem Wege zu Kollisionen zwischen der Ablegeeinheit und dem Produkt kommen kann. Vorteilhafter ist eine

Ausführungsform, in der nur eines der beiden Elemente auf das andere Element zu bzw. von diesem weg beweglich ist und in der diese Bewegung durch ein geeignetes mechanisches Mittel begrenzt ist. In diesem Fall weist entweder die Ablegeeinheit oder die Form Verfahrelemente auf, die eine Bewegung dieser Elemente aufeinander zu bzw. voneinander weg ermöglichen. Möglich ist zum Beispiel eine Beschränkung durch Bauelemente, wie einen Hemmschuh oder eine Sperre. Auch eine Begrenzung durch konstruktive Merkmale der Verfahrelemente ist möglich. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um eine Gewindespindel, so kann durch die Montage und die Länge derselben der Bewegungsbereich des durch die Gewindespindel verfahrbaren Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem

Verfahrelement beispielsweise um einen hydraulischen oder pneumatischen Zylinder mit Anschlagspunkt, so kann durch die Montage, die Länge des hydraulischen oder pneumatischen Zylinders und/oder die Wahl des

Anschlagpunktes desselben der Bewegungsbereich des durch den hydraulischen oder pneumatischen Zylinder verfahrbaren Elements, der Form oder der

Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um einen Piezoaktor, so kann durch die Montage und die Länge desselben der Bewegungsbereich des durch den Piezoaktor verfahrbaren

Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden. Handelt es sich bei dem Verfahrelement beispielsweise um einen Linearmotor, so kann durch die Montage und die Länge desselben der Bewegungsbereich des durch den

Linearmotor verfahrbaren Elements, der Form oder der Ablegeeinheit, begrenzt werden.

Das vorliegende Verfahren erlaubt damit eine flexible Produktion, bei der

Kollisionen trotz falsch geplanter Legepfade durch das konstruktive mechanische Design der Anlage ausgeschlossen sind.

Durch das Einhalten des Mindestabstandes zwischen der Ablegeeinheit und der Form, wird eine Kollision dieser Komponenten ausgeschlossen. Ähnlich, wie bei einem Dokumenten-Drucker, bei dem - sollte das Druckbild zu groß für das Papierformat sein - die überstehenden Bereiche abgeschnitten bzw. nicht gedruckt werden, kann sich auch im vorliegenden Verfahren keine Selbst-Beschädigung ergeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet dabei vollständig auf die

„menschliche Schnittstelle“ zwischen der Eingabe der Auftragsdetails und der Maschine. Dieses Verfahren erlaubt eine prinzipiell voll automatisierbare

Produktion.

Mittels einer Internet-basierten Bestellplattform werden nach der Eingabe der produktrelevanten Parameter diese Produktionsdaten für kundenindividuelle Produkte automatisch generiert und auf eine Produktionsanlage in die

Produktionswarteschlange transferiert. Es entsteht so kein Aufwand für die

AufbereitungA/orbereitung eines Produkts, wodurch Einmalkosten prinzipiell entfallen und das Produkt ab dem ersten Teil zum Großvolumen-Preis hergestellt werden kann.

Der endgültige Auslöser für den eigentlichen Produktionsstart ist dann

vorzugsweise beispielsweise der Zahlungseingang oder aber eine verbindliche Bestellung.

Das Besondere an der o.g. Bestellplattform (Online-Portal) ist die Tatsache, dass kundenindividuelle endkonturnahe Gelege, Gesticke und Textil-Zuschnitte direkt produziert wurden können. So ist es beispielsweise möglich und auch bevorzugt, dass die Eingabe der Orientierungsdaten in beliebigen Winkelgrößen erfolgt. Das heißt, dass der Kunde bzw. User nicht auf bestimmte - geräteseits oder aus Gründen der Standardisierung vorgegebene - Winkel (+/- 90°, +/- 45°, +/-30°) beschränkt ist, sondern auch individuell die Ausrichtung - und Kontur - vorgeben kann.

Zwecks Herstellung der mehrschichtigen, textilen Gebilde werden die

zugrundeliegenden Materialien mittels der Ablegeeinheit auf die Form gegeben. Dabei wird stets ein Mindestabstand zwischen der Ablegevorrichtung und der Form bzw. der auf der Form befindlichen obersten Lage des in Produktion befindlichen textilen Gebildes eingehalten. Dieser Mindestabstand liegt

vorzugsweise in der Größenordnung der Dicke des zugrundeliegenden Materials. In einer Ausführungsform beträgt der Mindestabstand 0,06 Millimeter. In einer Ausführungsform beträgt der Mindestabstand 0,13 Millimeter. Es ist vorteilhaft, den Abstand zwischen der Ablegevorrichtung und der Form bzw. der obersten Lage des in Produktion befindlichen textilen Gebildes während des gesamten Produktionsvorgangs konstant zu halten.

Die beiden Komponenten Ablegeeinheit und Form bzw. die Oberfläche des in Produktion befindlichen textilen Gebildes berühren sich also nie während des gesamten Verfahrens und auch auf die Verwendung einer Andruckrolle wird verzichtet. Demzufolge werden im ersten Schritt die zugrundliegenden Materialien auch zunächst nur locker aufeinandergelegt. Die eigentliche Konsolidierung erfolgt dann durch Wärmebehandlung, beispielsweise durch Bestrahlen mit Infrarotlicht. Dazu ist es zweckmäßig, wenn die Materialien einen Anteil an

niedrigschmelzendem Bindern enthalten. Solche Binder sind dem Fachmann an sich bekannt.

Die Kombination einer Produktionsanlage zur Herstellung z.B. eines textilen Halbzeugs (bzw. Stacks oder Preforms) mittels eines über das Internet für jedermann zugänglichen Interfaces führt zu Zeit-, Personal- und Kosteneinsparung bei gleichzeitig höherer Flexibilität und Gestaltungsmöglichkeit und Kostenreduktion für den Kunden. Der Besteller kreiert sein Bauteil dabei selbst und entsprechend seinen Anforderungen.

Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, das Verfahren sowohl so zu gestalten, dass die Konturen der textilen Gebilde generierend oder aber subtraktiv aus den zugrundeliegenden Materialien hergestellt werden.

Dem Fachmann sind diese beiden Herstellungsmethoden prinzipiell bekannt. Im Wesentlichen besteht die subtraktive Methode in einer Herstellung durch

Zuschnitt, also durch„Ausschneiden“ der gewünschten Kontur aus einem größeren Gebilde.

Zwangsläufig entsteht bei dieser Methode ein Verlust an Material, der Verschnitt.

Ebenso kann das Verfahren generierend gefahren werden, wobei die

vorgegebene Kontur gezielt mit Material gefüllt wird, was in der Regel

ressourcenschonender ist.

Prinzipiell sind die verwendbaren Fasern keinen Einschränkungen unterlegen. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Fasern ausgewählt sind aus einer Gruppe enthaltend Glasfasern, Kohlenstofffasern, aromatische Polyamide (beispielsweise Polyparaphenylenterephthalamid) oder Mischungen daraus.

Die daraus hergestellten Halbzeuge oder späteren Bau- bzw. Strukturteile zeichnen sich durch hohe Festigkeit und Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht aus, was sie besonders für technische Anwendungsbereiche, wie z.B. im Automobilbereich, geeignet macht.

Besonders bevorzugt ist es für das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung, wenn die textilen Gebilde mehrere Lagen aus den zugrundeliegenden Materialien enthalten, wobei die Konturen und/oder die Ausrichtung und/oder die

zugrundeliegenden Materialien selbst von Lage zu Lage gleich oder verschieden sein können.

Durch diese Konfigurationsmöglichkeit hat der User (= Kunde) die Möglichkeit, gezielt lokale Verstärkungen in das textile Gebilde einzubauen. Aufgrund der Flexibilität - praktisch unbegrenzte Möglichkeiten von Konturformen und Ausrichtungsmöglichkeiten - besteht eine große Variation hinsichtlich der gewünschten Parameter, wie Festigkeit, Dicke, Isotropie der gewünschten Zwischen- und Endprodukte.

Ein typisches User Interface (Ul) geeignet für das Verfahren gemäß der Erfindung verfügt mindestens über folgende Funktionsumfänge bzw. Funktionsbausteine:

1 ) Produkt-Gestaltungsbaustein

Enthaltend eine Kontur-Uploadfunktion, z.B. Upload eines Drawing Interchange File Format (DXF) oder eines anderen Datenformats. Optional kann alternativ auch die Kontur online, z.B. durch Mausklicks oder Koordinateneingabe im Ul, erstellt werden.

Wahlmöglichkeit einer Faser oder Textil-Orientierung, vorzugsweise durch Eingabe eines Winkels sowie von unterschiedlichen Konturen für einzelne Lagen eines Stacks (sogenannte„Schäftungen“ oder„lokale Verstärkungen“).

2) Maschinendaten-ZProduktionsdaten-Generierungsbaustein

Enthaltend Ablege-Pfade / Pfadkoordinaten in Maschinensprachen, wie z.B. in G- Code, Hewlett-Packard Graphics Language (HPGL) oder dergleichen, um die Daten auf beispielsweise einen Plotter zu transferieren.

Selbstverständlich sind auch noch weitere Bausteine optional möglich, wie z.B. Preisberechnungs-Bausteine, Bezahl-Bausteine, Rechnungsgenerierungs- Baustein oder auch Nachbestellungs-Bausteine.

Fig. 1 zeigt schematisch das zu lösende Problem der Erfindung.

Aus ökonomisch-produktionstechnischen Gründen werden heute

kundenindividuelle Produkte nur in großen Mengen gefertigt. Eine flexible und optimale Materialausrichtung ist auch bei kleinen Volumina ökonomisch und technisch relevant. Weicht die Materialausrichtung von der Lastrichtung beispielsweise in einem Carbonfaser-Composite (CFK) um 10° ab, dann reduzieren sich die Materialeigenschaften um 20% (Steifigkeit) bzw. 30%

(Festigkeit); bei 30° Abweichung beträgt die Reduktion 60% (Steifigkeit) bzw. 85% (Festigkeit). Umgekehrt bedeutet dies: Bei 10° Abweichung werden 20% bzw. 30% mehr Material benötigt, um die gleiche Funktion zu erfüllen.

Nachfolgend soll das Verfahren an einem Beispiel veranschaulicht werden:

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in der Draufsicht enthaltend eine Form in Gestalt eines runden Ablagetisches 1 , ein starres Portal 2, das sich über den Ablagetisch erstreckt sowie eine am Portal angebrachte Ablegeeinheit 3. Der Ablagetisch ist um seine eigene vertikale Achse dreh- sowie in x-Richtung verschiebbar (angedeutet durch die Doppelpfeile). Die Ablegeeinheit ist um ihre eigene vertikale Achse dreh- und in y-Richtung verschiebbar (angedeutet durch die Doppelpfeile).

Fig. 3 zeigt dieselbe Ausführungsform der Erfindung von der Seite. Zu sehen sind dabei ebenfalls der Ablagetisch 1 , das Portal 2 sowie die Ablegeeinheit 3, wobei die Ablegeeinheit auch eine Vorratsrolle 4 für das zugrundliegende Material 7 aufweist. Zwischen der Ablegeeinheit und dem Ablagetisch befindet sich ein konstruktiv bedingt mechanisch nicht überwindbarer Spalt 5. In Fig. 2 ist zu sehen, dass der Ablagetisch nicht nur in x-Richtung, sondern auch in z-Richtung von der Ablegeeinheit sich entfernend beweglich ist, dass er aber mit einem Flemmschuh 6 versehen ist, der verhindert, dass sich der Ablagetisch über die Breite des Spaltes 5 hinaus an die Ablegeeinheit annähern kann. Das zugrundeliegende Material 7 von der Vorratsrolle 4 kann dann ohne jede Berührung von

Ablegeeinheit und Ablagetisch auf dem Ablagetisch abgelegt werden, auf dem sich dann das abgelegte Material 9 befindet. Um den Strang des

zugrundeliegenden Materials während des Ablegeeinheit kontrolliert unterbrechen zu können, enthält die Ablegeeinheit ein Schneidwerkzeug 8.

Zur Fierstellung eines textilen Gebildes kann nun das zugrundeliegende Material 7 über die Ablegeeinheit 3 auf dem Ablagetisch 1 abgelegt werden. Dabei ist es möglich, die Orientierung der Stücke des zugrundliegenden Materials zueinander durch Drehen des Ablagetisches um seine eigene Achse einzustellen. Der Ablageweg in den x- und y-Richtungen wird dabei durch die Bewegung des Ablagetisches 1 in x-Richtung und durch die Bewegung der Ablagevorrichtung 3 in y-Richtung bestimmt, vergleichbar dem Aufbau des Druckbildes eines

Tintenstrahldruckers, das durch die Vorwärtsbewegung des Papiers und die dazu rechtwinklige Bewegung des Druckkopfes erzeugt wird.

Durch die Drehbarkeit des Ablagetisches 1 um seine eigene Achse sind darüber hinaus auch bogenförmige Legepfade möglich.

Um die zunehmende Dicke des textilen Gebildes nach der Ablage mehrerer Lagen auszugleichen, ist es möglich, den Ablagetisch 1 in z-Richtung zu verschieben, um so die Breite des Spaltes zwischen der Ablegeeinheit 3 und dem Ablagetisch 1 bzw. der Oberfläche des in Produktion befindlichen textilen Gebildes konstant zu halten. Der Hemmschuh 6 verhindert dabei, dass der Ablagetisch 1 und die Ablegeeinheit 3 kollidieren können.