GENSSEN, Marcel (Chamissostr. 35, Plauen, 08525, DE)
| P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Λndrυckvorrichtung (100) /um Ablegen eines Faserbandes (201 ) auf eine Fläche (202). die Andruck Vorrichtung ( 100) aufweisend: ein erstes Segment (101 ) und zumindest ein zweites Segment (102). jeweils /um Rollen entlang der Fläche (202): einen Baugruppenrahmen (103) /um Halten der Segmente (101 , 102); wobei das erste Segment (101 ) ein erstes Rollelemenl ( 104) aufweist und das zweite Segment ein zweites Rollclcmcnt ( 105) aufweist; wobei das erste Segment eine Aufhängungsvorrichlung (106) aufweist, die zum Anbringen des ersten Segments ( 101 ) an dem Baugruppenrahmen (103) und zum drehbaren Lagern des ersten Rolielcmenls (104) an dem Baugruppenrahmen (103) ausgeführt ist; wobei die Λufhängungsvorrichiung ( 106) eine Federanordnung (203) aufweist, wodurch eine Relativbewegung (RB) zwischen dem ersten Rollefement (104) und dem zweiten Rollelement ( 105) in einer radialen Richtung (R) des ersten Rolielcmenls (104) durch Komprimieren oder Ausdehnen der Federanordnung (203) ermöglicht wird. 2. Andruckvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Aufhängungsvorrichtung (106) des ersten Segments (101) eine erste Aufhängungsvorrichtung mit einer ersten Federanordnung (203) ist; wobei eine Relativbewegung (RB) zwischen dem ersten Rollelement (104) und dem Baugruppenrahmen (103) in einer radialen Richtung (R) des ersten Rollelements (104) durch Komprimieren oder Ausdehnen der ersten Federanordnung (203) ermöglicht wird; wobci das /weite Segment (102) eine /weite Aufhängungsvorrichtung aufweist, die /um Anbringen des /weiten Segments (102) an dem Baugruppenrahmen ( 103) und zum drehbaren Lagern des /weiten Rollclements ( S 05) an dem Baugruppenrahmen (103) ausgeführt ist; wobei die zweite Aufhängungsvorrichtung eine /weite Lcdcranordnung (203) aufweist, wodurch eine Relativbewegung (RB) /wischen dem /weiten Rollelemcnt ( 104) und dem Baugruppenrahmen (103) in einer radialen Richtung (R) des zweiten Rollelements (104) durch Komprimieren oder Ausdehnen der Federanordnung (203) ermöglicht wird. 3. Andruckvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2. wobei die erste Federanordnung zwei in Bezug auf den Baugruppenrahmen (103) gegenüberliegende in radiale Richtung komprimierbare Federn (203) umfasst. 4. Andruckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Baugruppenrahmen (103) eine Öffnung in radialer Richtung aufweist, wobei die Aufhängungsvorrichlung eine Hülse (107) umfassl, die zumindest teilweise in der Öffnung aufgenommen ist und von der Öffnung in radialer Richtung geführt wird, wobei eine Feder der Federanordnung (203) in einem von Hülse und Öffnung gebildeten Hohlraum aufgenommen ist. 5. Andruckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufhängungsvorrichtung (106) ein Lager (1 10) aufweist; wobei das Lager (1 10) zum drehbaren Lagern des ersten Rollclements (104) an dem Baugruppenrahmen (103) ausgeführt ist; wobci das Lager ( 1 10) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kugellager. Gleitlager und Wälzlager. 6. Andruckvorrichtung ( 100) nach Anspruch 5, weiterhin aufweisend: ein elastisches Material (301 ); wobei das Lager (1 30) einen Gleitring (1 1 1) aufweist; wobei das elastische Material (301 ) /um Abdecken des Gfeitrings ( 1 1 1 ) ausgeführt ist; wobei der mit dem elastischen Material (301 ) bedeckte Glcitring (1 1 1 ) zum Bereitstellen einer Anpassungsfähigkeit der Andruckvorrichtung ( 100) gegenüber Veränderungen der Krümmung (K) der Fläche (202) ausgeführt ist. 7. Andruckvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6. wobei das Lager (1 30) mit einer Lippendichtung (302) zum Vermeiden von einer Kontamination der Fläche (202) oder des Faserbandes (201 ) mit Öl oder Schmierfett ausgeführt ist. 8. Andruckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Λufhängungsvorrichtung (106) zum Ermöglichen der Relativbewegung (RB) des ersten Rollelemcnts (104) in einer Größenordnung von plus/minus fünf Prozent des Durchmessers (D) des ersten Rollelemcnts (104) ausgeführt ist. 9. Andruckvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Aufhängungsvorrichtung ( 106) eine Hülse ( 307) zum Führen der Federanordnung (203) aufweist, wobei die Hülse ( 107) und der Baugruppenrahmen (103) Anschlagflächen aufweisen, um die Relativbewegung des eisten Rollelements (104) in Bezug auf den Baugruppenrahmen ( 103) zu begrenzen. 10. Andruck- und Ablegesystem (400) zum Ablegen eines Faserbandes (20! ) auf eine Fläche (202), das System (400) aufweisend: eine Andruckvorrichlung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9; einen Roboter (40 ! ); wobei die Andruckvorrichlung ( 100) an einen Roboterarm (402) des Roboters (401 ) angebracht ist: wobei der Robolerarm (402) zum Bewegen der Andruckvorrichtung (100) entlang der Fläche (202) ausgeführt ist. 1 1. Andruck- und Ablegesystem (400) nach Anspruch 10, wobei das System dazu ausgeführt ist, das Faserband auf 420 0C zu erhitzen. 12. Verwendung einer Andruckvorπchtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Ablegen eines Faserbandes (201) auf ein Schalensegment (503 ) eines Lufifahrzeυgrumpfes (500) zum Verstärken der Festigkeit des Luftfahrzeugrumpfes (500). 13. Verfahren (600) zum Ablegen eines Faserbandes (201) auf eine Fläche (202), das Verfahren (600) aufweisend die Schritte: Anbringen eines ersten Segments (101) mit einem ersten Rollelement (104) und eines zweiten Segments (102) mit einem zweiten Rollelement (105) an einen Baugruppenrahmen (103, 601); Anbringen einer Federanordnung (203) an dem ersten Segment (101) und dem Baugruppenrahmen (103), derart dass eine Relativbewegung (RB) zwischen dem ersten Rollelcment ( 104) und dem /weilen Rollelemem ( 105) in der radialen Richtung (R) des ersten Rolielcments ( 104) durch Komprimieren oder Ausdehnen der Federanordnung (203) ermöglicht wird; Drehbares Lagern der Rollelemcnte (104. 105) an dem Baugruppenrahmen ( 103, 602); Bewegung des ersten Rollelements ( 104) in einer Richtung (B) entlang der Fläche (202, 603); Durchführen der Relativbewegung (RB) /wischen dem ersten Rollelemcnt (104) und dem zweiten Rollelement (105) in der radialen Richtung (R) des ersten Rollelements ( 104, 604). 14. Verfahren, weiter umfassend den Schritt: Erhitzen des mit einer Matrix vorimprägnierten Faserbandes (201) auf eine Temperatur über 420 0C. 15. Verfahren, weiter umfassend den Schritt: Ablegen des Faserbandes (201 ) auf ein Schalensegment (501) eines Luftfahrzeugrumpfes (500) zum Verstärken der Festigkeit des Luftfahrzeugmmpfes. |
VBRWANDTH ANMELDUNGTiN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Patentanmeldung Nr. 61 /162,540, eingereicht am 23. März 2009, und der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2009 014 488.9, eingereicht am 23. März 2009, deren Inhalte hierin durch Referenz inkorporiert werden.
GEBII-T DHR HRFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Ablegen von Faserbändern auf Flächen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche. Ferner betrifft die Hrfindung ein Andruck- und Ablegesystem zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche, die Verwendung einer Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf ein Schalensegment eines Luftfahrzeugrumpfcs und ein Verfahren zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Andruckrollen werden verwendet, um beispielsweise vorimprägnierte Faserbänder auf ebene Oberflächen bzw. Werkzeuge abzulegen. . "> .
Die KP 0 441 1 14 A beschreibt einen Mechanismus mit zwei Rollen, die von einem elastischen Faserband bedeckt sind und vorzugsweise als Fixierrollen in einer Kopiermaschinc verwendbar sind.
Aus der WO 98/42993 ist ein Mechanismus mit einem drehenden Lager bekannt, das von einem elastischen Faserband bedeckt ist.
Die DE 0 625 735 Al zeigt eine elastische Befestigungsrolle für Kopier- und Druckmaschinen, wobei die Rolle einen elastischen Kern und eine definierte Überzugschichl umfasst.
Aus der DE 10 2006 058 584 AI und der US 2008/0093026 Al ist eine Vorrichtung zum Anpressen eines Tapes auf eine Oberflächenkontur für ein Fibre/Tow- P lacement- Verfahren bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es kann als Aufgabe der Erfindung angesehen werden, eine einfache und flexible Vorrichtung zum Ablegen von Bändern auf unebene Oberflächen anzugeben.
Es ist eine Andruckvoπϊchtung zum Ablegen eines Faserbandesauf eine Fläche, ein Andruck- und Ablegesystem zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche sowie die Verwendung der Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf ein Schalensegment eines Luftfahrzeugrumpfes und ein Verfahren zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben. Weiterbildungen der Erfindung werden durch die abhängigen Ansprüche verkörpert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Andruckvoπϊchtung zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche mit einem ersten Segment und zumindest einem zweiten Segment, jeweils zum Rollen entlang der Fläche, und mit einem Baugruppenrahmen zum Halten der Segmente angegeben. Das erste Segment weist ein erstes Rollelement sowie eine Aufhängungsvorrichtung auf, das zweite Segment weist ein zweites Rollelement auf. Die Aufhängungsvorrichtung ist zum Anbringen des ersten Segments an dem Baugruppenrahmen und zum drehbaren Lagern des ersten Rollelements an dem Baugruppenrahmen ausgeführt. Die Aufhängungsvorrichtung ist zum Ermöglichen einer Relalivbewcgung zwischen dem ersten Roliciement und dem zweiten Rollelemenl in einer radialen Richtung des ersten Rollelemenls ausgeführt.
Die Andruckvorrichtung weist den Vorteil auf, dass sie zum Ablegen eines Faserbandes, beispielsweise mit einer Hochleistungsthermoplastmatrix auf eine Fläche abgelegt werden kann, und dabei die Andruckvorrichtung Temperaturen von über 42O 0 C aushalten kann, ohne dass Struktur und Eigenschaften der Andruckvorrichtung signifikant verändert werden. Ein Erhitzen des mit Matrix vorimprägnierten Faserbandes auf eine Temperatur von über 420° ist beispielsweise beim Aufschmelzen von Hochlcistungsthermoplastmalrizen notwendig, damit diese sich mit der Fläche bzw. bereits abgelegten Material- zu einem Verbundwerkstoff verbinden können. Dadurch kann beispielsweise bei einer Fläche von Rumpfschalen oder Flügelschalen eines Luftfahrzeugs durch die Verbindung mit der
Hochleistungsthermoplastmatrix eine sehr hohe Schlagfestigkeit der Rumpfschalen b/w, Flugschalen erreicht werden, so dass beispielsweise Materialeinsparungen der Rumpfschale b/w. der Fiügclschalc realisiert werden können.
Ferner weist eine derartige Andruck voiτichlung den Vorteil auf, dass nur eine Rolle verwendet werden muss, um beispielsweise eine komplex geformte Fläche b/w . doppelt gekrümmte Mache mit einem Faserband zu beschichten. Dabei kann das Faserband, das als vorimprägnierter Hochlcistungsthermoplast ausführbar ist, auf die Fläche aufgeschmolzen werden und somit rutschfest auf die Fläche angebracht werden.
Hinc derartige Andruckvorrichlung ermöglicht es, dass ein automatisches Ablegen eines i Iochleislungsthermoplastfaserbandes einfach und schnell möglich ist. Die Andruckvorrichtung ist dabei einfach zu installieren und einfach zu reparieren.
Ferner ermöglicht eine derartige Andruckvorrichlung mit einer
Aufhängungsvorrichtung ein drehbares und translatorisches Lagern des ersten Rollelemcnts an dem Baugruppenrahmen. Dadurch ist das erste Rollclement im Verhältnis /u einem zweiten Rollelement bei der Andruckvorrichtung beweglich angeordnet.
Eine derartige flexible Andruckvorrichtung weist den Vorteil auf, dass ein Faserband automatisch auf Flächen unterschiedlicher Geometrie, beispielsweise auf eine doppelt gekrümmte Oberfläche eines Werkzeugs oder einer Flugzeugrumpfschale, aufgelegt werden kann, und somit Verbundwerkstoffe, beispielsweise mit doppelt gekrümmten Oberflächen, herstellbar sind. Durch eine derartige Andruck Vorrichtung können Verbundwerkstoffe mit gekrümmten Oberflächen beispielsweise für Industrien der Luftfahrt, des Schiffbaus, des Verkehrswesens, der Raumfahrt, der Bauindustrie, für Fahrzeugdächer, i lauben. Rumpfschalen. Flügelschalen, etc. hergestellt werden.
Die Andruckvorrichtung weist den Vorteil auf, dass beispieisweise ein vorimprägnieites thermoplastisches Faserband mit einem Rolleiement automatisch auf eine doppelt gekrümmte Fläche ablegbar ist. und dass die Andruckvorrichtung bei einer Erhitzung des Faserbandes auf eine Verarbeitungstemperatur von über 420°C ihre Struktur und physikalischen Eigenschaften, die sie bei Zimmertemperatur aufweist, im Wesentlichen beibehält.
Eine derartige Andruckvorrichtung ist zur automatischen bzw. manuellen Ablage von thermoplastischen, hochleistungsthermoplaslischen und duroplastischen Faserbändern bzw. vorimprägnierten Faserbändern auf eine Fläche geeignet.
Die Andruckvorrichtung für die automalische Ablage eines Faserbandes auf eine Fläche weist folgende Vorteile auf: Verbundwerkstoffe können in ähnlicher Qualität reproduziert werden; die automatische Ablage des Faserbandes auf die Fläche kann schneller sein als die manuelle Ablage; es können Kosteneinsparungen durch den geringeren Bedarf an Arbeitskräften im Vergleich zum manuellen Ablageverfahren realisiert werden. Im Gegensat/ zur manuellen Fertigung kann eine Online-Kontrolle durch geeignete Bilderfassungssysteme installiert werden. Die Rollelemenle der Segmente der Andruckvorrichtung können als Rollelemente mit einer Aussparung in der MiUe der Rollelemenle oder als massive Roilelcmcnte ohne Aussparung ausgeführt sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Aufhängungsvorrichlung eine (insbesondere mechanische) Federanordnung auf, wodurch eine Relativbewegung zwischen dem ersten Rollelcmeni und dem zweiten Rollelement in einer radialen Richtung des ersten Rollclements durch Komprimieren oder Ausdehnen der Federanordnung bzw. von Federn der Federanordnung ermöglicht wird. Die Federanordnung kann eine oder mehrere Federn aufweisen. Unter einer mechanischen Feder bzw. Federanordnung kann hierbei ein elastischer Festkörper wie etwa eine oder mehrere Schraubenfedern. Blattfedern, Tellerfedern oder ähnliches verstanden werden.
Im Gegensatz zu pneumatischen oder hydraulischen Federn kann eine mechanische Feder bzw. Federanordnung derart gestaltet werden, dass sie in einem großen Temperaturbereich einsetzbar ist, beispielsweise in einem Bereich bis 420 0 C, ohne dass sich ihre mechanischen Eigenschaften wesentlich ändern. Auf diese Weise kann auf eine Kühlung für die Aufhängungsvorrichlung oder andere Mittel zur Kompensierung der Temperaturschwankungen verzichtet werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Aufhängungsvorrichtung des ersten Segments eine erste Aufhängungsvorrichtung mit einer ersten Federanordnung, wobei das zweite Segment eine zweite Aufhängungsvorrichtung aufweist, die zum Anbringen des zweiten Segments an dem Baugruppenrahmen und zum drehbaren Lagern des zweiten Rollelements an dem Baugruppenrahmen ausgeführt ist. Die Andruckvorrichtung kann eine Mehrzahl von baugleichen Segmenten mit baugleichen Aufhängungsvorrichtungen aufweisen. Gemäß einem Λusführungsbeispicl der Erfindung wird eine Relativbewcgung /wischen dem ersten Rollclcmenl und dem Baugrυppcnrahmen in einer radialen Richtung des ersten Rollelements durch Komprimieren oder Ausdehnen der (ersten) Federanordnung ermöglicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die /.weite Λufhängungsvorrichlung eine /weite (insbesondere mechanische) Federanordnung auf.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Relalivbewegung /wischen dem zweiten Rollclemenl und dem Baugruppenrahmen in einer radialen Richtung des zweiten Rollelements durch Komprimieren oder Ausdehnen der Federanordnung bzw. von Federn der Federanordnung ermöglicht.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umiasst die (erste und zweite) Federanordnung zwei in Bezug auf den Baugruppenrahmen gegenüberliegende in radiale Richtung komprimierbare Federn. Mit anderen Worten können für jedes Segment zwei gegenüber angeordnete Federn vorgesehen sein.
Gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung weist der Baugruppenrahmen eine Öffnung in radialer Richtung aufweist, wobei die Aufhängungsvorrichlung eine Hülse umfasst, die zumindest teilweise in der Öffnung aufgenommen ist und von der Öffnung in radialer Richtung geführt wird, wobei eine Feder der Federanordnung in einem von Hülse und Öffnung gebildeten Hohlraum aufgenommen ist. Die Feder kann derart angeordnet sein, dass sie in radialer Richtung komprimiert und expandiert (ausgedehnt) werden kann. Gcmäß einem Λusfühmngsbeispicl der Erfindung weist der Baugruppenrahmen /.wei gegenüberliegend angeordnete Öffnungen zur Aufnahme einer Schraubenieder und einer Hülse auf. Die Öffnungen können in radialer Richtung angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Λusführungsbeispiel der Krfindung weist die
Aufhängungsvorrichtung eine Hülse und eine Feder auf, wobei die Hülse und die Feder derart einem ersten Segment und dem Baugruppenrahmen angeordnet sind, dass die Relativbewegung /wischen dem ersten Rollelemcnl und dem /weiten RoUeiement in der radialen Richtung des ersten Rollelemcnts durch Komprimieren und Ausdehnen der Feder ermöglicht wird.
Ii ine derartige Andruckvorrichtung ermöglicht es, dass der Ablegedruck mit dem das Faserband beim Ablegen auf die Mäche gedrückt wird durch eine Fedcrsteiϊϊgkeit der Feder definiert werden kann,
Die Andruckvorrichtung weist den Vorteil, dass sie einfach herzustellen ist, beispielsweise mit Hilfe eines einfachen Werkzeugs zum Montieren der Hülse.
Gemäß einem weiteren Λusführungsbeispiel der Erfindung ist die Fläche eine gekrümmte Fläche.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Fläche eine doppelt gekrümmte Fläche. Gcmäß einem weiteren Ausfühmngsbeispiel der Erfindung ist die Feder zum Erzeugen einer Gegenkraft ausgeführt, wenn das erste Rolieiement die Reiativbewegung in der radialen Richtung des ersten Rollelemcnts ausführt, wobei die Relativbewegung zum Ausgleichen einer Krümmung der Fläche geeignet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiei der Hrfindung weist die Andruckvorrichlung ferner einen Rahmen auf, wobei der Rahmen /.um Anbringen an den Baugruppenrahmen ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiei der Erfindung weist die
Andruckvorrichtung weiterhin einen Stift auf, wobei der Stift zum Anbringen des Rahmens an den Baugruppenrahmen ausgeführt ist.
Eine derartige Andruckvorrichtung ermöglicht es, dass der Stift beispielsweise in Form einer Schraube bzw. eines Bolzens zum Anbringen des Rahmens an den Baugruppenrahmen durch die Schraube ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiei der Erfindung weist die Aufhängungsvorrichtung ein Lager auf, wobei das Lager zum drehbaren Lagern des ersten Rollelements an dem Baugruppenrahmen ausgeführt ist. Das Lager ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kugellager, Gleitlager und Wälzlager.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Andruck Vorrichtung weiterhin ein elastisches Material auf, und das Lager weist einen Gleitring auf, wobei das elastische Material zum Abdecken des Gleitrings ausgeiührl ist. Der mit dem elastischen Material bedeckte Gleitring ist zum Bereitstellen einer Anpassungsfähigkeit der Andruck Vorrichtung gegenüber Veränderungen der Krümmung der Fläche ausgeführt.
Der Baugruppenrahmen einer derartigen Andruck Vorrichtung ist zum Bewegen entlang der Fläche, auf die das Faserband abgelegt wird, ausgeführt, während der Gleitring des Kugellagers auf Grund der Reibung mit der Fläche zum Drehen ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Lager mit einer Lippendichtung zum Vermeiden von einer Kontamination der Fläche oder des Faserbandes mit Öl oder Schmierfett ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispie! der Brfindung ist die Λufhängungsvorrichlung bzw. das Lager zum Hrmöglichen der Relativbewegung des ersten Rollelemenls in einer Größenordnung von +/- 5% des Durchmessers des ersten Rollelements ausgeführt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Brfindung weist die Aufhängungsvorrichtung eine Hülse zum Führen der Federanordnung auf.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Hülse und der Baugruppenrahmen Anschlagflächen auf, um die Relativbewegung des ersten Rollelements in Bezug auf den Baugruppenrahmen zu begrenzen. Beispielsweise kann die Relativbewegung der Segmente auf 5% des Durchmessers der Rollen eingeschränkt werden. Gemäß einem weiteren Λusführungsbcispiel der Erfindung ist ein Andruck- und Ablcgcsyslem zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche mit einer Λndruckvorrichlung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiel e der Erfindung und einem Roboter angegeben. Die Andruckvorrichtung ist an einen Roboterarm des Roboters angebracht. Der Roboterarm ist zum Bewegen der Andruck Vorrichtung entlang der Fläche ausgeführt.
Min derartiges Andruck- und Ablegesystem ermöglicht es, dass der Roboterarm die Λndruckvorrichlung ebenfalls in einer vertikalen Richtung senkrecht zur Fläche oder in einer Querrichtung zur Fläche bewegt.
Das Andruck- und Ablcgcsystem kann in Richtung der Fläche starr ausgeführt sein, wobei die Fläche in Richtung der Andruckvorrichtung bzw. relativ zur Andruckvorrichtung beweglich ausgeführt ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Andruck- und Ablegesystem weiterhin eine Spule, eine Umlcnkrolle und zwei Zugrollen auf, wobei die Spule zum Abspulen des auf der Spule aufgerollten Faserbandes ausgeführt ist. Die Umlcnkrolle ist zum Umlenken des von der Spule abgespulten Faserbandes in Richtung der Fläche ausgeführt. Die Zugrollen sind zum Ziehen des umgelenkten Faserbandes in Richtung der Fläche ausgeführt und die Andruckrolle ist zum Ablegen des Faserbandes auf die Fläche ausgeführt. Das Faserband kann auch ohne Zugrollen, mit Hilfe der Klemmkraft der Andruckrolle auf die Fläche gefördert werden. In diesem Fall fungieren die Zugrollen als Führungsrollen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hrfindung ist das System da/.u ausgeführt, das Faserband auf 420 0 C zu erhitzen.
Gemäß einem weiteren Λusführungsbeispicl der Hrfindung ist die Verwendung einer Andruckvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele zum Ablegen eines Faserbandes auf ein Schalensegment eines Luftfahrzeugrumpfes zum Verstärken der Festigkeil des Luflfahrzeugrυmpfes angegeben.
Kine derartige Verwendung einer Andruckvorrichtung ermöglicht es, dass beispielsweise ein vorimprägnierles thermoplastisches Faserband zum Abdichten des Luftfahrzcugrumpfes zum Ablegen auf ein Schalensegmeni verwendet wird und damit ein Abdichten des Luflfahrzeugrumpfes ermöglicht wird.
I vine derartige Verwendung einer Andruckvorrichtung weist den Vorteil auf, dass beispielsweise die Schlagfestigkeit des Luftfahrzeugrumpfes erhöht wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Hrfindung ist ein Verfahren zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche angegeben, mit einem ersten Schritt zum Anbringen eines ersten Segments mit einem ersten Rollelement und eines Segments mit einem zweiten Rollelement an einen Baugruppenrahmen. In einem zweiten Schritt erfolgt das drehbare Lagern der RoHelcmente an dem Baugruppenrahmen. In einem dritten Schritt erfolgt die Bewegung des ersten Rollelements in eine Richtung entlang der Fläche und in einem letzten Schritt erfolgt das Durchführen einer Relativbewegung zwischen dem ersten Rollelement und dem zweiten Rollelement in einer radialen Richtung des ersten Rollelements. L5 "
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispicl der Erfindung umfasst das Verfahren: Anbringen einer Federanordnung an dem ersten Segment und dem Baugruppenrahmen, derart dass eine Relativbewegung zwischen dem ersten Rollelement und dem /weiten RoSlelement in der radialen Richtung des ersten Rollelements durch Komprimieren oder Ausdehnen der Feder(n) der Federanordnung ermöglicht wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren: Hrhitzen des mit einer Matrix vorimprägnierten Faserbandes auf eine Temperatur über 420 0 C.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Verfahren: Ablegen des Faserbandes auf ein Schalensegment eines Luftfahrzeugrumpfes zum Verstärken der Festigkeit des Luftfahrzeugrumpfes.
Die einzelnen Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele können auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen, selbst wenn diese nicht ausdrücklich beschrieben sind.
Es ist insbesondere zu beachten, dass die hier und im Folgenden im Hinblick auf die Andruckvorrichtung beschriebenen Merkmale auch in dem Andruck- und Ablegesystem und in dem Verfahren implementierbar sind und umgekehrt.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden durch die Bezugnahme auf die hiernach beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen erläutert und verdeutlicht. KURZl- BESCI !RHIBUNG DKR FIGURi-N
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Andruckvorrichtimg zum Ablegen eines Faserbandes au f eine Fläche gemäß einem Auslührungsbeispiei der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Längsschnittansieht der Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes der Fig. 1 gemäß einem Λusführυngsbeispiel der Erfindung.
I- ' ig. 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht eines Segments der Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche der Fig. 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4a zeigt ein Andruck- und Ablegesystem zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4b zeigt das Andruck- und Abiegesystcm zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche der Fig. 4a ohne einen Roboter gemäß einem weiteren Auslührungsbeispiei der Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Verwendung einer Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf ein Schalensegment eines Luftfahrzeugrumpfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens /um Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche gemäß einem AusführungsbeispieS der Lrfindung.
DkTAILLIERTB BLSCHRl' IBUNG BHlSPIl- LI IAFTI- R ΛUSFÜHRUNGSBEISPILLL
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispicle der Hrfindung beschrieben.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich. In den folgenden Hgurcnbeschrcibungen werden für gleiche oder ähnliche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Andruckvorrichtung 100 zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche mit einem ersten Segment 101 und zumindest einem zweiten Segment 102 zum Rollen entlang der Fläche sowie einen Baugruppenrahmen 103 zum Halten der Segmente 103 , 102. Die Segmente 301 , 102 sind nebeneinander angeordnet. Drei weitere Segmente sind neben dem /weiten Segment 102 in Reihe angeordnet und hier nicht näher bezeichnet, ebenso wie in der Fig. 2. Der Baugruppenrahmen 103 ist über eine Schraube 109 bzw. einen Stift an einem Rahmen 108 befestigt. Das erste Scgmenl 101 weist ein erstes Rollclement 104 auf sowie eine erste Aufhängungsvorrichlung 106 mit einer Hülse 107 und einem Lager 1 10. das einen Gleitring 1 1 1 aufweist.
Das zweite Segment 102 weist ein zweites Rollelement 105 und eine zweite
Λufhängungsvorrichlung auf. die bauglcich zur ersten Aufhängungsvorrichtung 106 ist.
Die Aufhängungsvorrichtυng 106 ist zum Anbringen des ersten Segments 101 an dem Baugruppenrahmen 103 und zum drehbaren Lagern des ersten RoHelements 104 an dem Baugruppenrahmen 103 ausgeführt. Die Aufhängungsvoπϊchtung 106 ist zum Ermöglichen einer RcSativbewegung zwischen dem ersten Rollelement 304 und dem zweiten Rolieiemcnl 105 in einer radialen Richtung des ersten Rollelements 304 ausgeführt.
Die Rollelement 104, 105 der Segmente 301 , 102 können als RoHelemente 104, 105 mit einer Aussparung in der Mitte der Rollelemente oder als massive Rollelemente 104, 105 ohne Aussparung ausgeführt sein (nicht gezeigt in Fig. 3 ).
Die erste Aufhängungsvonrichtung 106 weist zwei Hülsen 107 auf, die durch zwei Öffnungen im Baugruppenrahmen 103 in radialer Richtung R geführt sind. Die Öffnungen und die Hülsen 107 können beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der Außendurchmesser der Hülsen 107 bis auf ein geringes Spaltmaß dem Durchmesser der Öffnungen entspricht. Jeder der I ϊülsen 107 weist einen rohrföπnigen Mantel und an einem dem Baugruppenrahmen abgewandten Rnde einen Verschluss auf. so dass durch die Hülse und die Öffnung ein /yliπdet förmiger Hohlraum gebildet ist. in dem eine Schraubenfeder 203 aufgenommen ist. Für jede der Λuihängungsvorπchlungen 106 sind jeweils zwei Öffnungen mit jeweils /wei Hülsen 107 und jeweils /v * ei Federn 203 vorgesehen. Damit weist jede Federanordnung 203 jeweils /wei Federn auf.
Das Lager 1 10 weist an seiner Innenseite eine Öffnung auf, die ein weiteres Hnde der Hülse 107 aufnimmt. Mit diesem Ende ist die Hülse 107 am Lager 1 i θ befestigt.
Zur Begrenzung der Relaiivbewegung der Segmente 101, 102 gegenüber dem Baugruppenrahmen können an jeder Hülse 107 Λnschlagflächen vorgesehen sein, die durch ringförmige Voispiünge um den Mantel der Hülse 107 gebildet sind und die sich auf einer Außenoberfläche des Baugruppenrahmen 103 abstüt/en können.
Fig. 2 zeigt eine Längsschnitlansichl der Andruckvorrichtung 300 der Fig. 1 mit einem Rahmen 108, an dem über ein Stift 109 ein Baugruppenrahmen 103 angebracht ist. Eine Aufhängungsvorrichtung 106 mit einer Hülse 107 und einer Feder 203 ist derart an dem ersten Segment 101 und dem Baugruppenrahmen 103 angeordnet, dass eine Relativbcwegung RB zwischen dem ersten Rollelemcnt 104 des ersten Segments 101 und dem zweiten Rollelement 105 des zweiten Segments 102 in der radialen Richtung R des ersten Rollelements 104 durch Komprimierung und Ausdehnung der Feder 203 ermöglicht wird.
Fig. 2 zeigt ferner ein Lager 1 10 mit einem Gleilring 111, an dem die Hülse 107 angebracht ist, wobei an der Hülse 107 die Feder 203 angeordnet ist, die die Relativbcwegυng RB /w ischen dem ersten Rollelemcnt 104 und dem /weiten Rollelcment 105 ermöglicht.
Das Lager 1 10 weis) eine längliche Öffnung auf. in der der Baugruppenrahinen 103 und die Aulhängungsvorrichiung 106 aufgenommen sind. Durch die /ur radialen Richtung R parallelen Seiten der Öffnung wird der Baugruppenrahmen 103 in der Öffnung geführt.
Die Andruckvorrichtung 100 ist zum Ablegen des Faserbandes 201 auf eine Fläche 202 ausgeführt.
Fig. 3 zeigt eine Qucrsclmittansicht der Andiuckvorrichtung 100 der Fig. 2, die sich in eine Richtung 303 auf einer gekrümmten Fläche 202 mit einer Krümmung K dreht und somit mit einer Geschwindigkeit v in Richtung der Fläche 202 bewegt. Das eiste Segment 101 weist ein erstes Rollelemcnt 104 sowie ein Lager 3 10 auf, das an dem Rollelement 104 angeordnet ist, und einen Gleitring 1 1 1 aufweist. Der Gleitring 1 1 1 ist mit einem elastischen Material 301 abgedeckt, wobei der mit dem elastischen Material 301 bedeckte Gleitring 1 11 zum Beieilstellen einer Anpassungsfähigkeit b/w. einer Konturadaptivität der Andruckvorrichtung 100 gegenüber Veränderungen der Krümmung K der Fläche 202 ausgeführt ist. Das elastische Material kann an der Innenseite des Rollelemcnts angeordnet sein und die Anpassungsfähigkeit der Λndruckvorπchtung 100 gegenüber Veränderungen der Krümmung K der Fläche 202 gewährleisten (nicht gezeigt in Fig. 3). i)as Lager 1 10 ist mit einer Lippendichtung 302 /.um Vermeiden von einer Kontamination der Fläche 202 oder des Faserbandes 201 mit Öl oder Schmierfett ausgeführt.
Die Aufhängungsvorrichtung 106 mit der 1 lüise 107 und der Feder 203 ermöglicht eine Relativbewegung RB des ersten Rollelements 104 in einer Größenordnung von ■■ * ■ /- 5% des Durchmessers D des ersten Rolielements 104.
Die Hülse 107 und die Feder 203 sind derart an dem ersten Segment 101 und dem Baugruppenrahmen 103 angeordnet, dass die Relativbewegung RB /wischen dem ersten Rollelement 104 und dem zweiten Rollelement (nicht gezeigt) in der radialen Richtung R des ersten Rolielements 104 durch Komprimieren und Ausdehnen der Feder 203 ermöglicht wird.
Fig. 4a zeigt ein Andruck- und Ablegesystem 400 zum Ablegen eines Faserbandes 201 auf eine Fläche 202 mit einer Andruck Vorrichtung 100 und einem Roboter 401 , wobei die Andruckvorrichtung 100 an einen Roboterarm 402 des Roboters 401 angebracht ist.
Der Roboterarm 402 ist zum Bewegen der Andruckvorrichtung 100 in einer Richtung B entlang der Fläche 202 sowie einer Querrichtung Q zur Fläche 202 und einer vertikalen Richtung V zur Fläche 202 ausgeführt.
Die Fläche 202 kann sich in eine Richtung B auf einer Ablage 408 in Richtung der Andruckvorrichtung 100 bewegen, und somit die Ablage des Faserbandes 201 auf die Fläche mit Hilfe der Andruckvorrichtung 100 ermöglichen. Das Faserband 201 ist auf einer Spule 403 aufgewickelt, und wird über eine Umlenkrolie 404, die sieh in eine Richtung 405 dreht, in eine Richtung senkrecht zur Fläche 202 umgelenkt. Zwei Zugrollen 406, die sich entgegengesetzt in Richtungen 407 auf sich zu drehen ziehen das Faserband 201 anschließend weiter in Richtung der Fläche 202 und der Andruckvoπϊchtung 100, bis das Faserband 201 an die Andruck Vorrichtung 100 gelangt. Anschließend wird das Faserband 201 durch eine Bewegung der Andruckvorrichtung 100 durch den Roboterarm 402 in Richtung B der Flache 202 oder durch eine Bewegung der Fläche 202 in Richtung der Andruckvorrichtung 100 oder beidem auf die Fläche 202 abgelegt.
Fig. 4a zeigt den Zustand in dem das Faserband 201 noch nicht an der Andruckvorrichlung 100 angelegt und somit noch nicht auf der Fläche 202 abgelegt ist.
Fig. 4b zeigt das Andruck- und Ablcgesystem 400 zum Ablegen eines Faserbandes 201 auf eine Fläche 202 der Fig. 4b ohne den Roboter 401 zum Anbringen der Andruckvorrichtung 100 wie in Fig. 4a gezeigt wird. Das Faserband 201 ist in Fig. 4b bereits in Richtung 409 der Andruckvorrichtung 100 gezogen worden, liegt an der Andruckvorrichtung 100 an und wird auf die Fläche 202 abgelegt. Dabei bewegt sich die Fläche 202 mit einer Geschwindigkeit v auf der Ablage 408 in Richtung der Andruckvorrichtung 100, die an einer Halterung 410 starr angebracht und somit in einer Längsrichtung der Fläche 202 (in der Richtung, in der sich die Fläche mit der Geschwindigkeit v bewegt) unbeweglich befestigt ist. Fig. 5 /c igt die Verwendung einer Λndruckvonϊchtung 100 zum Ablegen eines Faserbandes 201 auf ein Schalcnsyslem 501 eines Luftfahrzeugrumpfes 500 /um Verstärken der Festigkeil bzw. der Schlagfestigkeit des Luftfahr/eugrumpfes 500.
Fig. 6 zeigt ein Verfahren 600 zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche mit folgenden Schrillen: in Sehritt 603 erfolgt das Anbringen eines ersten Segments mit einem ersten Rollelcmcnt und eines zweiten Segments mit einem /weilen Rollclement an einen Baugruppenrahmen. In Schritt 602 erfolgt das drehbare Lagern der Rollelcmcnte an dem Baugruppenrahmen. In Schritt 602 erfolgt die Bewegung des ersten Rollelements in einer Richtung entlang der Fläche. Im letzten Schritt 604 erfolgt das Durchführen einer Relativbcwegung zwischen dem ersten Rollelement und dem zweiten Rollelement in einer radialen Richtung des ersten Rollelements.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbcispielc beschrieben wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Schutzbercich der Erfindung zu verlassen. Die Andruckvorrichtung zum Ablegen eines Faserbandes auf eine Fläche kann sowohl für einfach gekrümmte F lachen als auch für doppelt gekrümmte Mächen in verschiedenen Industrien, wie der Transportmiltelindustric und der Bauindustrie sowie in Luftfahrzeugen, Schiffen, Verkehrslransportmilteln und der Raumfahrt verwendet werden.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend" oder „aufweisend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Insbesondere kann die Andruckvorrichtung beispielsweise also mehr als einen Baugruppenrahmen, mehr als ein Segment, mehr als einen Rahmen, mehr als einen Stift, mehr als ein elastisches Material, das erste Segment mehr als ein erstes . 10 .
Rolielcmcnt, mehr als eine Λufhängungs Vorrichtung, das /weile Segment mehr als ein zweites Rolleiemcni. die Aufhängungsvorrichlung mehr als eine J lülse, mehr als eine Feder, mehr als ein Lager, das Lager mehr als einen Glcitiϊng, mehr als eine Lippendichtung und das Andruck- und Λblcgcsystem mehr als eine Andruckvorrichtung, mehr als einen Roboter sowie der Roboter mehr als einen Roboterarm aufweisen. Die Λndmckvorrichlυng sowie das Andruck- und Ablegesystem können beispielsweise mehrere Faserbänder auf eine b/.w. mehrere Flächen ablegen.
Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen AusfuhrungsbeispieSe beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausfühmngsbeispicle verwendet werden können, Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Rinschränkung anzusehen.
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