Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verfestigen eines Fasergebildes mittels eines Fluids.

Aus dem Stand der Technik sind Anlagen zur Wasserstrahlverfestigung bekannt, bei denen ein Flor als Bahnmaterial unter einem Wasserstrahlbalken hindurchgeführt wird. Dieser weist eine Vielzahl Düsen auf, die senkrecht zur Maschinenrichtung, in welcher das Bahnmaterial bewegt wird, nebeneinander angeordnet sind. Die Wasserstrahlen wirken von oben auf das Bahnmaterial ein, und unterhalb davon ist ein Auffangbecken für das Prozesswasser vorgesehen. Die Fasern, die in dem Flor noch mehr oder weniger lose Zusammenhängen, werden durch die Wasserstrahlen verwirbelt und miteinander verschlungen, also bspw. zu einem Vliesstoff verfestigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine vorteilhafte Vorrichtung zum Verfestigen eines Fasergebildes anzugeben.

Dies wird erfindungsgemäß mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese weist eine Faseraufnahme zum Anordnen des Fasergebildes und einen Fluidstrahlkopf mit einer Düse zum Ausgeben des Fluids aus. Der Fluidstrahlkopf ist dabei an einem Manipulator angeordnet und kann mit diesem in mindestens zwei Raumrichtungen relativ zu der Faseraufnahme bewegt werden.

Im Unterschied zu dem eingangs genannten Stand der Technik wird bzw. muss also nicht zwingend das gesamte Fasergebilde verfestigt werden, sondern kann dies durch entsprechendes Positionieren des Fluidstrahlkopfes auch nur in definierten Bereichen erfolgen. Im Falle eines Bahn- oder Flächenmaterials kann durch eine solche lokal begrenzte Verfestigung z. B. ein bereichsweise erhöhter Verfestigungsgrad erreicht werden (die Fasern sind lokal stärker miteinander verschlungen). Dies kann bspw. optische Gestaltungsmöglichkeiten eröffnen, etwa das Einschreiben einer Linie etc. (Muster, Schriftzüge usw.). Das Fasergebilde kann auch mehrlagig sein, wobei mit der lokal begrenzten Verfestigung z. B. ein Verbinden der Lagen ähnlich einem Versteppen möglich wird, und zwar mit hoher Flexibilität.

Generell ist der Gegenstand nicht auf ein zweidimensionales Flächen- bzw. Bahnmaterial begrenzt. Der Fluidstrahlkopf kann mit dem Manipulator auch relativ zu einem dreidimensional geformten Fasergebilde bewegt werden, das bspw. zusätzlich zu der Ausdehnung in den beiden Flächenrichtungen auch eine Erstreckung in Dickenrichtung hat, insbesondere eine variierende Ausdehnung, also eine Kontur. Ein solches Fasergebilde kann bspw. als Einsatz für ein Gehäuse ausgelegt sein, etwa zur Dämmung bzw. Schallisolierung, ebenso sind Anwendungen im Karosseriebau etc. möglich, siehe unten im Detail. Ein dreidimensionales Fasergebilde kann bspw. durch Aufeinandersetzen von Faserbausteinen und/oder Faserlagen erzeugt werden, und mit dem Manipulator kann der Fluidstrahlkopf dann bspw. gezielt in Verbindungsbereiche geführt werden. Das Fasergebilde kann aber auch insgesamt damit verfestigt werden, etwa mit bereichsweise unterschiedlicher Einwirkdauer und/oder variierendem Druck des Fluids.

Zusammengefasst eröffnet die Kombination aus Manipulator und Fluidstrahlkopf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, bietet sie also z. B. eine hohe Flexibilität. Verglichen mit dem eingangs genannten Wasserstrahlbalken kann ein selektives Verfestigen, bei dem tatsächlich nur die für das fertige Produkt benötigten Bereiche verfestigt werden und bspw. Randbereiche unverfestigt bleiben, also z. B. als Flor belassen werden, auch materialökonomisch von Vorteil sein. Die nicht oder nur gering verfestigten Randbereiche lassen sich dann nämlich mit geringerem Aufwand erneut nutzen, also erneut in die Produktion einphasen.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung der Merkmale nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und deren Anwendung betreffenden Verfahrens- bzw. Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen. Wird bspw. eine für eine bestimmte Anwendung geeignete Vorrichtung beschrieben, ist dies zugleich als Offenbarung eines entsprechenden Verfahrens bzw. der Verwendung zu lesen, und umgekehrt.

Die Düse des Fluidstrahlkopfes kann bspw. eine Öffnungsweite von mindestens 50 pm aufweisen, weiter und besonders bevorzugt mindestens 70 pm bzw. 80 pm. Mögliche Obergrenzen können bspw. bei höchstens 1 mm liegen, weiter und besonders bevorzugt höchstens 0,3 mm bzw. 0,2 mm. Bevorzugt kann eine kreisrunde Öffnung sein, sind die Weitenangaben also auf Öffnungsdurchmesser zu lesen. Im Einzelnen kann die Weite auch von der Art des Fluids abhängen; wenngleich bevorzugt ist der Erfindungsgegenstand im Allgemeinen nicht auf eine Wasserstrahlverfestigung beschränkt, kann also alternativ bspw. auch Luft oder generell ein gasförmiges Fluid vorgesehen sein. Der Fluidstrahlkopf kann genau eine oder auch mehrere Düsen aufweisen, siehe unten im Detail.

Das Fasergebilde kann aus Endlos- und/oder Stapelfasern aufgebaut sein. Die Fasern können in dem Fasergebilde in seinem Ausgangszustand noch im Wesentlichen unverfestigt beieinander angeordnet sein, es kann sich also bspw. um ein unverfestigtes Flor handeln. Jedenfalls nach der Verfestigung des Fasergebildes mit der vorliegend offenbarten Verfestigungsvorrichtung, also im verfestigten Fasergebilde, hängen die Fasern aufgrund der Faser-Faser-Verschlingung zusammen. Es kann aber auch bereits im Ausgangszustand eine gewisse Verschlingung gegeben sein, wobei der Verschlingungsgrad geringer als im fertig verfestigten Fasergebilde ist. Im Allgemeinen können die Fasern zusätzlich auch mit einem Binder zusammengehalten werden, bevorzugt sind sie im fertig verfestigten Fasergebilde jedoch binderfrei (ohne Binder) zusammengehalten, vorzugsweise allein aufgrund der Faserverschlingung. Letzteres kann bspw. aus ökologischen und auch ökonomischen Gründen von Vorteil sein und durch die gezielte Verfestigung mit Manipulator und Fluidstrahlkopf möglich werden. Die Faseraufnahme kann bspw. eine Auflage sein, auf welche das Fasergebilde aufgelegt wird. In einem einfachen Fall kann sich um eine plane Fläche handeln, ebenso sind aber Konturen möglich, siehe unten im Detail. Im Allgemeinen kann es sich bei der Faseraufnahme bspw. auch am einen Käfig handeln, in dem das Fasergebilde gehalten wird und von unterschiedlichen Seiten zugänglich ist, z. B. von oben und auch von unten. Der Manipulator weist eine bzw. mehrere Achsen auf, die an einer Basis vorgesehen sind, bevorzugt einem ortsfesten Fundament. Die Achsen können bspw. mit Antriebseinheiten (Motoren etc.) ausgestattet und über Verbindungselemente mechanisch gekoppelt sein. Mit zwei Achsen lässt sich z. B. bereits die hauptanspruchsgemäße Relativbewegbarkeit in mindestens zwei Raumrichtungen realisieren.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Manipulator derart ausgestaltet, dass der darin angeordnete Fluidstrahlkopf in drei Raumrichtungen bewegbar ist. Generell beziehen sich die „Raumrichtungen“ auf ein ortsfestes Koordinatensystem. Hauptanspruchsgemäß ist bspw. eine Relativpositionierung in x- und y-Richtung möglich, bevorzugt ist dann zusätzlich eine Relativpositionierung in z-Richtung möglich (x-, y- und z-Richtung liegen bspw. senkrecht zueinander). Im Falle eines vorstehend erwähnten dreidimensionalen Fasergebildes können x- und y-Richtung bspw. mit dessen Flächenrichtungen zusammenfallen und die z-Richtung mit der Dickenrichtung.

Unabhängig von der Anzahl der Raumrichtungen kann die Relativbeweglichkeit mechanisch unterschiedlich realisiert werden, gibt es also mehrere Möglichkeiten der Relativanordnung und -lagerung der Achsen des Manipulators. Dieser kann bspw. als Portalroboter aufgebaut sein, also mit Linearführungen (auf zwei oder auch drei zueinander senkrechten Achsen). Bevorzugt ist der Manipulator als Gelenkarmroboter vorgesehen, z. B. als 5-, 6- oder 7-Achs-Knickarmroboter, als Dualarm-Roboter, Palletierroboter oder SCARA-Roboter. Ein Gelenkarmroboter kann bspw. eine besonders flexible und damit an unterschiedliche Fasergebildegeometrien anpassbare Führung des Fluidstrahlkopfes erlauben. Generell wird der Manipulator bevorzugt mit bzw. von einem programmierbaren Steuergerät gesteuert, das integriert ausgeführt oder auch als externer Rechner über eine Schnittstelle angebunden sein kann. Sofern vorliegend bestimmte Verfahrensabläufe beschrieben werden, ist dies somit auch als Offenbarung dahingehend zu lesen, dass das Steuergerät dazu eingerichtet ist, den Manipulator zu entsprechenden Schritten zu veranlassen.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Manipulator derart vorgesehen, dass der Fluidstrahlkopf damit relativ zur Faseraufnahme nicht nur versetzt, sondern auch verkippt werden kann. Mit dem Verkippen lässt sich der Einfallswinkel verändern, den die Haupt-Ausgaberichtung der Düse mit der Faseraufnahme einschließt. Damit kann im Betrieb der Einfallswinkel, unter dem das Fluid auf die Oberfläche des Fasergebildes trifft, eingestellt werden, kann also z. B. in unterschiedlichen Bereichen ein unterschiedlicher Einfallswinkel gewählt werden. Im Falle eines Fasergebildes mit konturierter Oberfläche kann der Einfallswinkel mit dem Verkippen aber bspw. auch über das Fasergebilde hinweg konstant gehalten werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Oberfläche der Faseraufnahme, an welcher im Betrieb das Fasergebilde anliegt, zumindest bereichsweise gewölbt. Diese Wölbung kann vom Fasergebilde aus gesehen, also von der zur Aufnahme des Fasergebildes vorgesehenen Kavität aus betrachtet, konkav oder konvex sein; auch eine Kombination aus bereichsweise konkaver und bereichsweise konvexer Ausgestaltung ist möglich. Mit der Wölbung kann dem Fasergebilde eine entsprechende Form vorgegeben werden. Dabei kann das Fasergebilde selbst als originär flächiges Material in die Faseraufnahme eingebracht werden oder auch seinerseits vorkonturiert sein.

In bevorzugter Ausgestaltung ist eine Oberfläche der Faseraufnahme, an welcher das Fasergebilde anliegt, mit einer Vielzahl Öffnungen versehen. Die Oberfläche kann bspw. von einem Gitter gebildet werden, wobei z. B. die Stäbe bzw. Drähte des Gitters miteinander die Öffnungen begrenzen. Ebenso können die Öffnungen z. B. als Löcher in einer Oberfläche vorgesehen sein, z. B. als Durchlochungen eines Flächenmaterials (z. B. eines Blechs) bzw. als Mündungsöffnungen von Durchgangskanälen in einem Flächen- bzw. Volumenmaterial. Durch die Öffnungen kann im Betrieb das über den Fluidstrahlkopf abgegebene Fluid abgeführt werden, also nach der Einwirkung auf das Fasergebilde. Dies kann bildlich gesprochen einem „Rückstau“ des Fluids und damit einer Undefinierten Ablenkung bzw. Verzögerung des Fluidstrahls vorbeugen. Die Löcher können bspw. gitterförmig verteilt in der Oberfläche angeordnet sein, egal ob diese (bereichsweise) gewölbt oder plan ist.

Die Oberfläche der Faseraufnahme muss keine insgesamt zusammenhängende Fläche sein, sie kann auch von mehreren separaten Teilflächenbereichen gebildet werden. Es können bspw. mehrere Faseraufnahmeelemente nebeneinander angeordnet sein, wovon jedes einen Teilflächenbereich bildet. Die Faseraufnahmeelemente können bspw. Stäbe sein, die in einem Bündel nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils die endseitige Stirnfläche des jeweiligen Stabes den jeweiligen Teilflächenbereich der Oberfläche bildet. Generell können die nebeneinander angeordneten Faseraufnahmeelemente auch zueinander versetzbar vorgesehen sein, sodass sich bedarfsweise unterschiedliche Konturen einstellen lassen, also unterschiedliche Oberflächenverläufe. Im Falle der Stäbe können diese also bspw. jeweils entlang ihrer Längsachse versetzbar gelagert sein, sodass die endseitigen Teilflächenbereiche durch Relativversetzen der Stäbe in unterschiedliche Relativpositionen gebracht werden und damit unterschiedliche Oberflächenkonturen eingestellt werden können.

In bevorzugter Ausgestaltung ist zumindest ein Oberflächenteil der Faseraufnahme, an dessen Oberfläche sich das Fasergebilde anlegt, ein generativ gefertigtes Teil. Die Faseraufnahme kann im Gesamten ein zusammenhängendes generativ gefertigtes Teil sein, sie kann aber auch mehrteilig aufgebaut sein. Dabei kann sie aus mehreren jeweils generativ gefertigten Oberflächenteilen zusammengesetzt und/oder auch eines oder mehrere konventionell gefertigte Oberflächenteile umfassen. Letztere können bspw. eine Grundform festlegen, die in Abhängigkeit vom gewünschten Produkt mit einem oder mehreren generativ gefertigten und damit individuell maßgeschneiderten Oberflächenteilen ergänzt wird bzw. werden.

Sofern in diesem Zusammenhang von einem „Oberflächenteil“ der Faseraufnahme die Rede ist, betrifft dies ein Teil mit einer Oberfläche zur Anlage des Fasergebildes, an welches sich also im Betrieb die Fasern anlegen. Darüber hinaus kann die Faseraufnahme selbstverständlich Montage und Befestigungselemente umfassen, die bspw. im Falle eines mehrteiligen Aufbaus die Oberflächenteile Zusammenhalten.

Ein „generativ gefertigtes Teil“ ist ein aus einem zuvor formlosen bzw. formneutralen Stoff anhand eines Computermodells (z. B. CAD-Modell) aufgebautes Teil, wobei dieser Aufbau z. B. schichtweise erfolgt und je Schicht ein der Formvorgabe aus dem Computermodell entsprechender Bereich aufgebracht oder verfestigt wird. Bei dem generativ gefertigten Teil kann es sich insbesondere um ein 3D- Druckteil handeln, das also mit einem das Material ausgebenden Druckkopf in Schichten aufgebaut wurde. Das Material kann z. B. Kunststoff sein, aber auch ein metallisches Oberflächenteil ist möglich (Herstellung z. B. durch Lasersintern bzw. in einem Pulverbettverfahren). Offenbart sein soll auch ein Verfahren zum Herstellen einer vorliegend diskutierten Vorrichtung zum Verfestigen eines Fasergebildes, wobei zumindest ein Oberflächenteil der Faseraufnahme generativ hergestellt wird, insbesondere in einem der eben genannten Verfahren.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen weiteren Manipulator auf, an dem die Faseraufnahme als Effektor angeordnet ist. Mit dem weiteren Manipulator ist die Faseraufnahme in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet bewegbar, bspw. in mindestens zwei oder bevorzugt drei Raumrichtungen. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen des weiteren Manipulators wird auf die vorstehende Offenbarung verwiesen, dieser kann bspw. als Portalroboter oder als Gelenkarmroboter etc. aufgebaut sein. Indem sowohl der Fluidstrahlkopf als auch die Faseraufnahme an jeweils einen Manipulator angeordnet sind, lassen sie sich besonders flexibel in unterschiedliche Relativpositionen bringen. Von Aufhängungs- punkten etc. abgesehen kann die Faseraufnahme damit im Prinzip aus sämtlichen Richtungen zugänglich sein. Wie vorstehend erwähnt, kann die Faseraufnahme dazu bspw. als Käfig aufgebaut sein, womit unabhängig von der Orientierung im ortsfesten Koordinatensystem einem Herausfallen des Fasergebildes vorgebeugt werden kann. Der Käfig kann bspw. aufklappbar sein, sodass das das Fasergebilde einfach eingesetzt und nach der Verfestigung wieder herausgenommen werden kann. Offenbart sein soll auch ein Verfahren, bei welchem das Fasergebilde mit dem vom Fluidstrahlkopf ausgegebenen Fluidstrahl sequenziell von unterschiedlichen Seiten verfestigt wird, insbesondere aus einander entgegengesetzten Richtungen (im Koordinatensystem des Fasergebildes betrachtet).

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Faser- Ausgabeeinheit auf, mit der im Betrieb Fasern auf die Faseraufnahme und/oder das dort bereits angeordnete Fasergebilde aufgebracht werden können. Im einfachsten Fall können die Fasern einfach herausfallen, bevorzugt werden sie mit einem Fluidstrahl, insbesondere einem gasförmigen Fluid, bevorzugt Luft, in Richtung der Faseraufnahme bzw. des Fasergebildes beschleunigt. Der Fluidstrahl nimmt die Fasern mit, diese lagern sich an die Faseraufnahme bzw. das Fasergebilde an. Bevorzugt sind die Faseraufnahme und die Faser-Ausgabeeinheit relativ zueinander bewegbar, besonders bevorzugt kann die Faser-Ausgabeeinheit in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet bewegbar gelagert sein, bspw. an einem Portalroboter angeordnet sein.

Unabhängig von der technischen Umsetzung im Einzelnen kann die Faser- Ausgabeeinheit bevorzugt über die Faseraufnahme bewegt werden, wobei in einer bevorzugten Anwendung dann bereichsweise Fasern ausgegeben werden und bereichsweise keine Fasern ausgegeben werden oder jedenfalls eine geringere Zahl an Fasern ausgegeben wird. So lässt sich bspw. ein Fasergebilde mit bereichsweise unterschiedlichen Eigenschaften aufbauen (siehe vorne), es können bspw. auch sequenziell unterschiedliche Fasern aufgebracht und/oder bereichsweise mehr Fasern ausgegeben werden. Der Aufbau des Fasergebildes kann bspw. sukzessive in mehreren Lagen erfolgen, wobei in einer jeweiligen Lage z. B. nur bereichsweise Fasern aufgebracht werden können, sodass einem Höhenprofil vergleichbar ein dreidimensionales Fasergebilde aufgebaut werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fluidstrahlkopf insgesamt höchstens 500 Düsen zum Ausgeben des Fluids auf, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt höchstens 400, 300, 200, 100, 80, 60, 50, 40, 30, 20 bzw. 10 Düsen. Der Fluidstrahlkopf kann auch genau eine Düse aufweisen, es können aber auch mögliche Untergrenzen bei mindestens 2, 3, 4 bzw. 5 Düsen liegen, wobei die Unter- und die Obergrenzen auch unabhängig voneinander von Interesse sein können und offenbart sein sollen. Das Vorsehen von mehr als einer Düse kann bspw. hinsichtlich des möglichen Energieeintrags und damit der Prozessdauer von Vorteil sein, wobei eine Obergrenze bspw. mit Blick auf die Genauigkeit von Vorteil sein kann.

Der Fluidstrahlkopf kann bspw. auch derart ventilgesteuert sein, dass im Betrieb die Anzahl der zum Ausgeben des Fluids genutzten Düsen verändert werden kann. In einem Betriebsmodus kann das Fluid bspw. an sämtlichen Düsen des Fluidstrahlkopfes ausgegeben werden, um auf einen großflächigen Bereich des Fasergebildes einzuwirken, wohingegen in einem anderen Betriebsmodus das Fluid bspw. nur an einigen oder auch nur einer einzigen der Düsen ausgegeben werden kann, um auf einen kleineren Bereich einzuwirken und damit feiner zu strukturieren.

Auch unabhängig von solchen Steuerfunktionen kann in einer bevorzugten Ausgestaltung die mit der Düse bzw. den Düsen besetzte Fläche des Fluidstrahlkopfes begrenzt sein, kann also in anderen Worten eine nicht zu großflächige Verteilung der Düsen bevorzugt sein. Dies kann bspw. wiederum hinsichtlich der Genauigkeit und damit auch Flexibilität (Zugänglichkeit feiner Strukturen) Vorteile bieten. Die mit der Düse bzw. den Düsen, also sämtlichen Düsen des Fluidstrahlkopfes, besetzte Fläche kann bspw. höchstens 5 cm ² , 4 cm ² , 3 cm ² , 2 cm ² bzw. 1 cm ² ausmachen (in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt). Eine Untergrenze kann sich im Falle eines Fluidstrahlkopfes mit einer einzigen Düse als de- ren Durchmesser ergeben (siehe vorne), im Falle mehrerer Düsen können weitere Untergrenzen bspw. bei 0,1 cm ² , 0,25 cm ² bzw. 0,5 cm ² liegen. Im Einzelnen wird die Fläche im Falle mehrerer Düsen anhand einer um diese gelegten Einhüllenden ermittelt, also als davon eingeschlossener Flächeninhalt.

Sofern der Fluidstrahlkopf mehrere Düsen aufweist, kann eine Ausrichtung derart bevorzugt sein, dass deren Haupt-Ausgaberichtungen im Wesentlichen parallel zueinander liegen. „Im Wesentlichen parallel“ meint bspw. um nicht mehr als 10° zueinander verkippt, in der Reihenfolge der Nennung zunehmend bevorzugt nicht mehr als 8°, 6° bzw. 4°. Im Rahmen des technisch Möglichen kann auch eine exakt parallele Ausrichtung (0°) bevorzugt sein.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verfestigen eines Fasergebildes, bei welchem ein Fluidstrahlkopf mit Düse und ein Fasergebilde mittels eines Manipulators in mindestens zwei, vorzugsweise drei Raumrichtungen relativ zueinander bewegt werden. Das Fasergebilde kann in einer vorstehend geschilderten Faseraufnahme angeordnet sein, wobei z. B. in einem ortsfesten Koordinatensystem betrachtet die Faseraufnahme ruht und der Fluidstrahlkopf mit dem Manipulator bewegt wird. Alternativ kann im Allgemeinen aber auch die Faseraufnahme im ortsfesten Koordinatensystem und damit das Fasergebilde mit dem Manipulator bewegt werden, bspw. eine käfigförmige Faseraufnahme. Auch Kombinationen sind möglich, also sowohl eine Bewegung der Faseraufnahme als auch des Fluidstrahlkopfes (jeweils im ortsfesten Koordinatensystem betrachtet). Es kann also bspw. die Faseraufnahme an einem Manipulator angeordnet sein, etwa einem Gelenkarmroboter (siehe vorne), und kann auch der Fluidstrahlkopf an einem Manipulator angeordnet sein, etwa einem weiteren Gelenkarmroboter. Damit können besonders flexibel unterschiedliche Relativanordnungen realisiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Fasergebilde bereichsweise unterschiedliche Eigenschaften, und zwar im fertig verfestigten Zustand, also bspw. wenn es aus der Faseraufnahme entnommen wird. Die „unterschiedlichen Eigenschaften“ können z. B. eine unterschiedliche Faserdichte (Volumenanteil der Fasern pro Einheitsvolumen) und/oder eine unterschiedliche Massendichte (Gewicht pro Volumeneinheit) und/oder eine unterschiedliche Porenstruktur sein; alternativ oder zusätzlich können sich auch die Fasern bereichsweise unterscheiden, ist also z. B. ein Unterschied im Fasermaterial und/oder der Faserlänge bzw. auch -dicke möglich. Mit Fasern unterschiedlicher Farbe eröffnen sich bspw. Ge- staltungs- und Kennzeichnungsmöglichkeiten, das Fasergebilde kann also in verschiedenen Bereichen unterschiedlich gefärbt sein. Die fragliche Eigenschaft bzw. Eigenschaften können sich von Bereich zu Bereich sprunghaft ändern oder entlang eines Gradienten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat das Fasergebilde bereits vor dem Verfestigen eine dreidimensionale Form, hat es also bspw. nicht nur in zwei zueinander senkrechten Flächenrichtungen, sondern auch in einer dazu senkrechten Dickenrichtung eine Ausdehnung (siehe vorne). Diese Ausdehnung in der Dickenrichtung kann über das Fasergebilde hinweg insbesondere variieren das Fasergebilde kann also bspw. eine Kontur haben. Die Kombination mit dem Fluidstrahlkopf kann bspw. dahingehend von Vorteil sein, dass aufgrund bzw. mit der Relativbewegung durch den Manipulator verschiedene Stellen bzw. Seiten und Flächen des dreidimensionalen Fasergebildes gut zugänglich sind. Der Fluidstrahlkopf kann in unterschiedlichen Relativpositionen und/oder unterschiedlichen Winkeln relativ zum Fasergebilde platziert werden, sodass dieses gezielt (bereichsweise) verfestigt wird.

Generell kann ein „dreidimensionales Fasergebilde“ bspw. in jeder von drei zueinander senkrechten Raumrichtungen (xyz-Richtung) jeweils eine Ausdehnung von mindestens 0,5 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm, 5 cm, 10 cm bzw. 15 cm haben. Dabei sind in zumindest zwei Richtungen auch noch deutlich größere Ausdehnungen möglich (Variante „flächig mit Kontur“). Wenngleich im Allgemeinen beliebig große Strukturen denkbar sind, können mögliche Obergrenzen bspw. bei 3 m, 2 m bzw. 1 m liegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fasergebilde vor dem Verfestigen aus mehreren Florelementen zusammengesetzt, bspw. aus mehreren Florlagen. Diese können z. B. vergleichbar einem Höhenprofil jeweils unterschiedlich strukturiert sein und damit aufeinandergesetzt eine dreidimensionale Form ergeben. Ferner kann es sich bei den Florelementen auch um Bausteine handeln, die derart aufeinandergesetzt werden, dass sie das gewünschte dreidimensionale Fasergebilde ergeben. Alternativ zu einem solchen Zusammensetzen des Florge- bildes können die Fasern bspw. auch in einer entsprechend geformten Kavität, also einem Formwerkzeug, in die gewünschte Form gebracht werden; in das Formwerkzeug können sie bspw. eingeblasen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Fluidstrahlkopf nicht nur zum Verfestigen genutzt, sondern wird in einem anderen Betriebsmodus mit dem Fluidstrahl ein Teil des Fasergebildes auf- oder bevorzugt abgetrennt. Der Fluidstrahlkopf wird also auch zum Fluidstrahlschneiden, bspw. Wasserstrahlschneiden genutzt. Damit können bspw. im fertig verfestigten Fasergebilde nicht benötigte Randbereiche abgetrennt und/oder kann eines oder können mehrere Löcher bzw. allgemein Öffnungen in das Fasergebilde eingebracht werden. In Abhängigkeit von dessen späterer Verwendung kann ein solches Loch bspw. der Montage dienen, etwa der Befestigung an einem Karosserie- oder Gehäuseteil. In einem Betriebsmodus „Schneiden“ kann das Fluid bspw. mit höherem Druck und/oder aus einer geringeren Anzahl Düsen ausgegeben werden, ebenso ist ein im Vergleich zum Betriebsmodus „Verfestigen“ längeres Einwirken je Flächeneinheit möglich. Unabhängig von diesen Details kann die Integration des zusätzlichen Betriebsmodus die Flexibilität weiter erhöhen, wobei z. B. im Vergleich zu einer Fertigungsstraße mit einer gesonderten Fluidstrahlschneideinheit keine zusätzliche Gerätschaft erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Formteils für ein Karosserieteil, ein Gehäuseteil, ein Kleidungsstück, ein Sitz- oder Rückenpolster, ein Verpackungspolster oder ein Isolier- bzw. Dämmbauteil, wobei das Formteil in einem vorliegend offenbarten Verfahren durch Verfestigen eines Fasergebildes hergestellt wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die einzelnen Merkmale im Rahmen der nebengeordneten Ansprüche auch in anderer Kombination erfindungswesentlich sein können und auch weiterhin nicht im Einzelnen zwischen den unterschiedlichen Anspruchskategorien unterschieden wird.

Im Einzelnen zeigt

Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Faseraufnahme, einem Manipulator und einem Fluidstrahlkopf;

Figur 2 einen Fluidstrahlkopf in einer Detaildarstellung;

Figur 3 eine Faseraufnahme in einer Detaildarstellung.

Figur 4 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung mit Manipulator und Fluidstrahlkopf, wobei auch die Faseraufnahme an einem Manipulator angeordnet ist;

Figur 5 eine Faseraufnahme mit einer Faser-Ausgabeeinheit zum bereichsweise selektiven Aufbringen von Fasern.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verfestigen eines Fasergebildes 2 mittels eines Fluids 3. Die Vorrichtung 1 weist einen Manipulator 4 auf, der vorliegend als Mehrachs-Roboter ausgeführt ist. Dieser weist mehrere Gelenkarme 5 auf, die über Drehgelenke 6 miteinander verbunden sind. Die Gelenkarme 5 sind ferner horizontal drehbar an der Basis 7 gelagert, sodass innerhalb der Reichweite ein beliebiger Punkt innerhalb eines von den Raumrichtungen 10.1 , 10.2, 10.3 aufgespannten xyz-Koordinatensystems angefahren werden kann. Als Effektor 8 ist ein Fluidstrahlkopf 9 vorgesehen, der ebenfalls über ein Drehgelenk 6 angebunden ist. Der Fluidstrahlkopf weist mehrere Düsen 20 auf, durch die im Betrieb das Fluid 3 abgegeben wird, vgl. ergänzend auch die Detaildarstellung gemäß Figur 2. Mit dem Manipulator 4 kann der Fluidstrahlkopf 9 relativ zu einer Faseraufnahme 25 bewegt werden, auf welcher im vorliegenden Beispiel das Fasergebilde 2 ohne seitliche Einfassung etc. aufliegt. Damit dieses eine schematisch gezeigte dreidimensionale Struktur erhält, kann es im Inneren bspw. eine Stützstruktur aufweisen, z. B. ein Drahtgestell. Alternativ oder zusätzlich kann eine dreidimensionale Struktur auch von einer dreidimensional geformten Oberfläche der Faseraufnahme 25 vorgegeben werden, s. u. im Detail. Die Faseraufnahme 25 weist hier nicht dargestellte Löcher auf, durch die das Fluid, vorliegend also das Wasser, nach dem Einwirken auf das Fasergebilde 2 nach unten abgeführt wird. Unterhalb der Faseraufnahme 25 ist eine Wanne 26 angeordnet, in dieser wird das Restwasser 27 gesammelt, und es kann bspw. rezirkuliert und wieder dem Fluidstrahlkopf 9 zugeführt werden (nicht dargestellt).

Mit der Relativbewegung zwischen Faseraufnahme 25 und Fluidstrahlkopf 9 wird dessen Position relativ zum Fasergebilde 2 angepasst. Es können gezielt unterschiedliche Stellen des dreidimensional geformten Fasergebildes 2 angefahren werden, um die Fasern bereichsweise zu verfestigen bzw. im Vergleich zum übrigen Fasergebilde 2 noch stärker zu verfestigen.

Wie im Einzelnen auch in Figur 2 gezeigt kann nicht nur die Position des Schwerpunkts 28 des Fluidstrahlkopfes 9 relativ zum Fasergebilde 2 verändert werden, sondern auch ein Einfallswinkel 30. Diesen schließt eine Haupt-Ausgaberichtung 31 der Düse 20 mit der Faseraufnahme 25 bzw. dem Fasergebilde 2 ein. In anderen Worten kann der Fluidstrahlkopf 9 relativ zum Fasergebilde 2 verkippt werden, kann also ein jeweiliger Wasserstrahl 21 gezielt schräg auf das Fasergebilde 2 geführt werden und/oder kann im Falle einer konturierten Oberfläche der Einfall mit dem Verkippen auch konstant gehalten werden.

Figur 3 illustriert eine alternative Faseraufnahme 25, die gewissermaßen schüsselförmig ausgebildet ist. Dementsprechend hat eine Oberfläche 35, an welche sich das hier nicht dargestellte Fasergebilde anlegt, eine konkave Krümmung. Mit dieser vorgeformten Oberfläche 35 kann dem Fasergebilde eine Form vorgegeben werden, kann also vorliegend ein schalenförmig gekrümmtes Formteil erstellt werden. Dieses kann z. B. als Einsatz für ein Kleidungsstück genutzt werden, etwa für einen Büstenhalter.

Für eine Kleinserien- oder Prototypenherstellung kann die Faseraufnahme 25 bspw. individuell angepasst in einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden. In der Oberfläche 35 sind eine Vielzahl Löcher 36 zu erkennen, die wie vorstehend geschildert dem Abführen des Fluids dienen.

Figur 4 zeigt eine Vorrichtung 1 , die hinsichtlich des Manipulators 4 und des Fluidstrahlkopfes 9 vergleichbar zu jener gemäß Figur 1 aufgebaut ist. Im Unterschied dazu ist die Faseraufnahme 25 jedoch nicht ortsfest vorgesehen, sondern ist sie an einem weiteren Manipulator 40 angeordnet. Die Faseraufnahme 25 bildet also dessen Effektor 41. Damit können die Faseraufnahme 25 und der Fluidstrahlkopf in eine Vielzahl unterschiedliche Relativpositionen gebracht werden, kann das (hier nicht dargestellte) Fasergebilde also von „oben“ und „unten“ bzw. seitlich verfestigt werden. Um ein Herausfallen zu verhindern, ist die Faseraufnahme in Form eines Käfigs 45 vorgesehen, der zum Einlegen und Entnehmen des Fasergebildes aufklappbar ist. Der weitere Manipulator 40 ist analog dem Manipulator 4 als Mehrachs-Roboter mit mehreren Gelenkarmen 42 aufgebaut, die über Drehgelenke 43 miteinander verbunden und an einer gemeinsamen Basis 44 angeordnet sind.

Figur 5 zeigt eine Vorrichtung 1 , die im Prinzip jener gemäß Figur 1 vergleichbar ist, wobei der Manipulator 4 mit dem Fluidstrahlkopf 8 der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Vorrichtung 1 ist zusätzlich mit einer Faser- Ausgabeeinheit 50 ausgestattet, an der Fasern 51 ausgegeben und auf die Faseraufnahme 25 bzw. das Fasergebilde 2 aufgebracht werden können. Die Fasern 51 können bspw. aufgesprüht, also durch Druckluft in Richtung der Faseraufnahme 25 beschleunigt werden. Die Faser-Ausgabeeinheit 50 ist auf zwei linearen Achsen 55,56 bewegbar gelagert, vorliegend an einem Portalroboter aufgehängt. Sie kann damit flächig über die Faseraufnahme 25 bewegt werden, wobei sich durch gezieltes Ein- und Ausschalten der Faserausgabe selektiv in vordefinierten Bereichen Fasern 51 aufbringen lassen.