Die Erfindung betrifft einen Faserhalbzeug-Ablegekopf zum Legen von Faser- halbzeugen in oder auf einem Formwerkzeug. Die Erfindung betrifft ebenso eine Faser-Legevorrichtung sowie ein Verfahren hierzu.

Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, sogenannte Faserverbundbauteile, sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich findet die Verwendung derartiger Werkstoffe immer mehr Zuspruch. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können Bau- teile exakt an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus.

Im Fertigungsprozess kommen neben trockenen Faserhalbzeugen wie Gelegen, Gewebe oder auch meist vorbebinderte trockene Rovings auch sogenannte Pre- pregs (mit einem Matrixmaterial vorimprägnierte Faserhalbzeuge) zum Einsatz. Durch die immer höheren Stückzahlen bei der Produktion von faserverstärkten Bauteilen, insbesondere in der Serienproduktion, bestehen große Bestrebungen, den Herstellungsprozess weitestgehend zu automatisieren, ohne dabei die Qualität des Herstellungsprozesses bzw. der herzustellenden Bauteile negativ zu beeinflussen. Damit die spätere Bauteilform aus den Faserhalbzeugen entsteht, werden die Faserhalbzeuge nicht selten in oder auf ein Formwerkzeug abgelegt, bspw. unter Aufbringen einer äußeren Kraft, wobei deren Werkzeugoberfläche eine der späteren Bauteilform entsprechende Geometrie oder eine Vorstufe davon aufweist. Insbesondere im automatisierten Herstellungsprozess wird dieser Ablege- prozess (auch häufig Preforming genannt) mit Hilfe von Faser- Legevorrichtungen (Portalanlagen, Roboteranlagen) durchgeführt, bei denen die Endeffektoren sogenannte Faserhalbzeug-Ablegeköpfe sind. Derartigen Ablege- köpfen werden Faserhalbzeuge, insbesondere flächige Faserhalbzeuge, Tapes, Slittapes oder Rovings, mittels einer Materialbereitstellungseinrichtung zugeführt, so dass sie in oder auf das Formwerkzeug abgelegt werden können.

Gerade bei großen Bauteilen, wie beispielsweise Flügelschalen oder Rotorblät- tern von Windkraftanlagen, werden die als Meterware bereitgestellten Faserhalbzeuge großflächig auf die Werkzeugform abgelegt. Insbesondere bei einem mehrlagigen Aufbau ergibt sich hierbei dann die Notwendigkeit, die einzelnen Lagen gegeneinander anzuheften bzw. zu fixieren, um ein Verrutschen oder Verschieben der hochgenau abgelegten Faserhalbzeugen zu vermeiden, was bspw. durch Erwärmung der Faserhalbzeuge geschehen kann. Diese Problematik wird dann noch verschärft, wenn die Faserhalbzeuge auf ein vertikal aufgestelltes Formwerkzeug abgelegt werden sollen.

Zur Fixierung eignen sich zum einen bspw. Bindermaterialien, die beispielsweise in Pulverform oder Vliesform eingebracht wurden. Durch das Einbringen von Wärmeenergie in die Faserhalbzeuge können diese Bindermaterialien dann thermisch aktiviert werden, so dass ein Anheften der einzelnen Faserhalbzeuge bewirkt wird. Bei den sogenannten Prepregs kann darüber hinaus durch ein Erwärmen der Faserhalbzeuge und des bereits vorimprägnierten Matrixmaterial die Klebrigkeit und somit die Adhäsion der Faserhalbzeug gegeneinander erhöht werden. Auch hierdurch kann ein Anheften erreicht werden, um das Verrutschen oder Verschieben der Faserhalbzeuge zu vermeiden. Im anschließenden Her- stellungsprozess können dann die Faserhalbzeuge zusammen mit dem injizierten Matrixmaterial vollständig ausgehärtet werden. Ein weiterer Vorteil von Wärmeenergie bei sogenannten Prepregs ist die Tatsache, dass leicht aufgewärmte Prepregs wesentliche bessere Verarbeitungseigenschaften aufweisen, was den automatisierten Preformschritt deutlich qualitätssicherer gestaltet.

Aus der DE 10 201 1 076 463 A1 ist ein Reparaturverfahren für ein Formteil aus einem Kunststoffmaterial bekannt, bei dem ein passives Heizelement in dem Reparaturbereich vorgesehen ist, das berührungslos von außen mit einem magnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird.

Aus der DE 103 530 70 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Binderak- tivierung von Faserhalbzeugen bekannt, bei dem in dem Formwerkzeug zwei Elektroden vorgesehen sind, die mit den insbesondere äußeren Randbereichen der Preform in Berührung stehen. Wird nun eine Spannung an die Elektroden angelegt, so erfolgt ein Stromfluss durch die Preform, was zu einer Erwärmung und somit zu einer Binderaktivierung führt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die gesamte Preform erwärmt werden soll, was insbesondere bei einer Preform mit großem Lagenaufbau zu hohen Stromflüssen führt. Denn durch die Anordnung der Elektroden im Formwerkzeug erfolgt in der Regel der Stromfluss durch die unteren Faserhalbzeuglagen, so dass ein Binderaktivierung in höheren Faserhalbzeuglagen nur durch eine hohe Wärmeabstrahlung der unteren Lagen und somit durch einen hohen Stromfluss erreicht werden kann.

Aus der DE 10 201 1 108 157 A1 ist ein Formwerkzeug zur Herstellung von Faserverbundbauteilen bekannt, bei dem in dem Formwerkzeug eine Mehrzahl von Induktionsvorrichtungen vorgesehen sind, um so in das Formwerkzeug einge- brachte Faserverbundbauteile mittels Induktion zu erwärmen. Eine ähnliche Vorrichtung ist auch aus der DE 10 2006 040 049 A1 bekannt, bei dem unter einem Vakuumsack die Faserhalbzeuglagen auf dem Formwerkzeug angeordnet sind. Durch eine Druckdifferenz werden die Kohlenstofffasern anei- nander angedrückt, wobei mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes elektrische Ströme in den Kohlenstofffasern zur Binderaktivierung erzeugt werden.

Aus der DE 10 2008 020 564 A1 ist eine Tapelegevorrichtung bekannt, bei der die Anpressrolle so ausgebildet ist, dass mit Hilfe von Infrarotstrahlung oder In- duktion die abgelegten Fasertapes mit Wärmeenergie beaufschlagt werden können.

Des Weiteren ist es aus der Praxis bekannt, mittels Laser oder mittels Infrarotstrahlern die Faserhalbzeuge zu Erwärmen, um die gewünschten Effekte zu er- zielen. Bei Infrarotstrahlern hat es sich als nachteilig erweisen, dass der Energieeintrag in die Faserhalbzeuge nicht zielgerichtet gesteuert werden kann und oft zu gering ist. Laser sind hingegen oft teuer in der Anschaffung und Unterhaltung. Ein weiterer Nachteil beim Einbringen von Wärmeenergie mittels Ultraschall besteht darüber hinaus darin, dass derartige Anlagen zum einen sehr komplex und aufwendig sind, und zum anderen aufgrund der Ultraschallanregung meist starke Faserondulationen entstehen, die Fehlstellen im Bauteil hervorrufen können und für viele Anwendungen nicht zulässig sind. Induktionsverfahren sind in der An- Schaffung sehr teuer und können nicht immer reproduzierbar angewendet werden. Darüber hinaus stellt die erforderliche Abschirmung bei der Verwendung von Mikrowellen ein großes Hemmnis für diese Technologie dar.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Legen von Faserhalbzeugen anzugeben, mit der das Erwärmen von Faserhalbzeugen vereinfacht werden kann, um so den Ablageprozess schneller und effizienter zu gestalten, ohne dabei die Qualität des späteren Bauteils negativ zu beeinflussen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch mit dem nebengeordneten Patentanspruch 9 gelöst. Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruches 1 1 gelöst. Demnach wird ein Faserhalbzeug-Ablegekopf zum Legen von Faserhalbzeugen in oder auf ein Formwerkzeug vorgeschlagen, wobei der Ablegekopf zum Zuführen der Faserhalbzeuge durch eine Materialbereitstellungseinrichtung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß weist der Faserhalbzeug-Ablegekopf mindestens eine mit einer elektrischen Energiequelle zum Anlegen einer Spannung verbindbaren elektrischen Elektrode auf, die mit den zugeführten Faserhalbzeugen elektrisch kontaktiert ist und die mit mindestens einer mit den Faserhalbzeugen ebenfalls elektrisch kontaktierten Gegenelektrode derart zusammenwirkt, dass in einem durch die Kontaktierung der Elektrode und der Gegenelektrode definierten Abschnitt der Faserhalbzeuge ein Stromfluss bewirkt wird.

Es wird somit erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest eine Elektrode in dem Faserhalbzeug-Ablegekopf angeordnet ist, so dass ein genau definierter und regelbarer Stromfluss in zumindest einem Teil der zugeführten Faserhalbzeuge bewirkt werden kann. Durch den Stromfluss durch die zugeführten Faser- halbzeuge werden die Faserhalbzeuge erwärmt, so dass mit Hilfe des definierten Stromflusses thermische Energie in die Faserhalbzeuge eingebracht werden kann. Mit Hilfe der eingebrachten thermischen Energie kann beispielsweise ein Binder aktiviert werden, um die Faserhalbzeuge zu fixieren. Hierdurch wird während des Faserablegeprozesses eine optimale Anhaftung der Fasern an dem Ablegegrund (entweder das Werkzeug oder vorher abgelegte Faserlagen) ge- währleistet. Darüber hinaus werden bei Prepregs durch den Eintrag der thermischen Energie die Verarbeitungseigenschaften wesentlich verbessert, und zwar genau an der Stelle, an der sie für den Ablegeprozess notwendig sind . Bei thermoplastischen Prepregs wird die Matrix aufgeschmolzen, so dass bei der Ablage der Faserhalbzeuge direkt eine Konsolidierung stattfinden kann. Bei duroplastischen Prepregs wird durch die Erwärmung die Anhaftung verbessert.

Zwar ist es an und für sich bekannt, mit Hilfe eines in den Faserhalbzeugen be- wirkten Stromflusses eine Erwärmung der Faserhalbzeuge zu erreichen. Allerdings ist gegenüber bekannten Verfahren der Energieeintrag sehr genau und direkt Steuer- und regelbar ist, so dass eine sehr gezielte und genaue Erwärmung möglich ist. Dabei ist der Energieeintrag verglichen mit Infrarot höher, wobei Wärme derart erzeugt werden kann, wo sie benötigt wird, nämlich zwischen den Fasern. So lässt sich eine nur lokal begrenzte Erwärmung der abzulegenden Faserhalbzeuge erreichen, und zwar bereits während des Ablegens der Faserhalbzeuge. Hierdurch lässt sich der Aufbau der notwendigen Anlage wesentlich vereinfachen und gleichzeitig flexibel für jedwede Bauteilgeometrie verwenden. Die Erfinder haben dabei erkannt, dass durch eine lokal begrenzte Erwärmung der dem Ablegekopf zugeführten Faserhalbzeuge eine so ausreichende Fixierung oder Verbesserung der Ablegeeigenschaften erreicht werden kann, dass ein Verschieben und Verrutschen der einzelnen Faserhalbzeuge vermieden wird. Vielmehr haben die Erfinder erkannt, dass mit Hilfe eines derartigen Ablegekop- fes insbesondere Faserhalbzeuge auch auf vertikal aufgestellten Formwerkzeugen sicher abgelegt werden können, ohne ein Ablösen der Faserhalbzeuge von der Werkzeugoberfläche oder von bereits abgelegten Faserhalbzeugen befürchten zu müssen. Erfindungsgemäß wurde dabei erkannt, dass ein Stromfluss im Bereich des Ablegens bzw. während des eigentlichen Ablegeprozesses ausrei- chend ist, um die notwendige Erwärmung für die beschriebenen Vorteile zu er- reichen.

Zudem erlaubt die Erfindung eine sehr präzise regelbare, sichere und schnelle Erwärmung der Faserhalbzeuge, wodurch sich die Faserhalbzeuge schnell und sicher fixieren lassen.

Unter einem Faserhalbzeug werden sowohl trockene Faserhalbzeuge als auch vorimprägnierte Faserhalbzeuge, sogenannte Prepregs, verstanden. Bei Pre- pregs werden auch mit thermoplastischen oder duroplastischen Matrixmaterialen vorimpregnierte Faserhalbzeuge subsumiert.

Unter dem Fixieren der Faserhalbzeuge wird dabei insbesondere verstanden, dass aneinander anliegende Faserhalbzeuge miteinander stoffschlüssig verbunden werden, beispielsweise durch Aktivierung eines Bindermaterials oder durch Aufschmelzen oder Erwärmen von bereits vorimpregnierten Matrixmatrial oder anderen Kunststoffverbindungen. Das Fixieren der Faserhalbzeuge soll ein Anheften der Faserhalbzeuge gegeneinander so erzeugen, dass ein Verschieben der Faserhalbzeuge im weiteren Herstellungsprozess verhindert werden kann, oder eine Konsolidierung erreicht werden, um die Geometrie des abgelegten Fa- sermaterials zu fixieren.

Ein derartiger Faserhalbzeug-Ablegekopf weist in der Regel mindestens eine Ablegeeinheit auf, die zum Ablegen der dem Faserhalbzeug-Ablegekopf zugeführten Faserhalbzeuge in oder auf das Formwerkzeug ausgebildet ist. Eine sol- che Ablegeeinheit kann beispielsweise eine Ablegerolle oder Ablegewalze, aber auch ein entsprechend geformter Gleitschuh sein. Die dem Ablegekopf zugeführten flächigen Faserhalbzeuge werden dabei an der Ablegeeinheit so entlang geführt, dass zumindest eine Seite der Faserhalbzeuge in Ablegerichtung zeigen und so in oder auf das Formwerkzeug eingebracht werden können. Eine solche Ablegeeinheit dient des Weiteren auch dazu, die für das Ablegen und Anhaften notwendige Kraft prozesssicher zu bewirken. So werden mit Hilfe der Ablegeeinheit die Faserhalbzeuge auf oder in das Formwerkzeug mit einer vorbestimmten Kraft gedrückt. Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Elektrode des Faserhalbzeug- Ablegekopfes

- an der mindestens einen Ablegeeinheit zumindest teilweise angeordnet,

- aus der mindestens einen Ablegeeinheit selbst gebildet, oder

- im Bezug auf die Zuführrichtung der zugeführten Faserhalbzeuge vor oder nach der Ablegeeinheit angeordnet.

So ist es denkbar, dass die Elektrode zumindest teilweise an der Ablegeeinheit angeordnet ist. So ist es beispielsweise besonders vorteilhaft, wenn bei einer Ablegerolle oder Ablegewalze als Ablegeeinheit die Elektrode am Umfang der Rolle oder Walze ganz oder in bestimmten Abständen vorgesehen ist, so dass sich während des Ablegens ein Stromfluss je nach Abrollwinkel einstellen lässt. Denkbar ist aber auch, dass um den gesamten Umfang der Ablegerolle herum ein entsprechendes elektrisch leitfähiges Material angeordnet ist, um die Elekt- rode in dem Faserhalbzeug-Ablegekopf zu bilden.

Es ist auch denkbar, dass die Elektrode durch die mindestens eine Ablegeeinheit selbst gebildet wird, indem die Ablegeeinheit selber aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. So kann die Ablegeeinheit beispielsweise eine Ab- legerolle aus einem metallischen Material sein.

Des Weiteren ist es denkbar, dass die Elektrode im Bezug auf die Zuführrichtung der zugeführten Faserhalbzeuge vor oder nach der Ablegeeinheit angeordnet ist. Dieses ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die Gegenelektrode nicht in dem Faserhalbzeug-Ablegekopf angeordnet ist, sondern außerhalb, bei- spielsweise in der Materialbereitstellungsvorrichtung oder in dem Formwerkzeug. Ist die Elektrode des Faserhalbzeug-Ablegekopfes in Zufuhrrichtung vor der Ablegeeinheit angeordnet, so ergibt sich bei einer Gegenelektrode im Formwerkzeug ein Stromfluss ausgehend von der Kontaktierung mit der Elektrode bis hin zu der Kontaktierung der Faserhalbzeuge mit dem Formwerkzeug, was in der Regel durch die Ablegeeinheit definiert wird.

Somit wird es möglich, einen Stromfluss in den dem Ablegekopf zugeführten Faserhalbzeugen zu bewirken, bevor die Faserhalbzeuge abgelegt werden, wäh- rend die Faserhalbzeuge abgelegt werden oder kurz nachdem sie abgelegt wurden. Hierdurch lässt sich gezielt und lokal stark begrenzt eine Erwärmung erreichen, die sich als besonders vorteilhaft herausgestellt hat, um die Faserhalbzeuge entsprechend an oder in das Formwerkzeug anzuheften. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Gegenelektrode, die für den Stromfluss mit der Elektrode entsprechend zusammenwirkt, in oder an dem Faserhalbzeug-Ablegekopf angeordnet, und zwar derart, dass die mindestens eine Gegenelektrode mit den dem Faserhalbzeug- Ablegekopf zugeführten Faserhalbzeugen elektrisch kontaktiert ist. Zwischen Elektrode und Gegenelektrode wird dann über den entsprechenden Abschnitt der Faserhalbzeuge ein Stromfluss bewirkt.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den besonderen Vorteil, dass die Elektrode und die Gegenelektrode gemeinsam in dem Ablegekopf vorgesehen sind, so dass eine entsprechende Faser-Legevorrichtung beispielsweise keine zusätzl iche Gegenelektrode in dem Formwerkzeug benötigt. Dies vereinfacht den Aufbau und die Flexibilität der verwendeten Anlagen und Endeffektoren. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Gegenelektrode in Bezug auf die Zuführrichtung der zugeführten Faserhalbzeuge vor oder nach der mindestens einen Elektrode beab- standet angeordnet ist. Hierdurch lässt sich in einem Abschnitt der zugeführten Faserhalbzeuge kontinuierlich ein Stromfluss zur Erwärmung bewirken.

Denkbar ist aber auch, dass die Gegenelektrode in Bezug auf eine an dem Faserhalbzeug-Ablegekopf vorgesehenen Ablegeeinheit in Zuführrichtung vor oder nach der Ablegeeinheit angeordnet ist. Im Zusammenhang mit einer Elektrode an der Ablegeeinheit wird so wiederum ein entsprechender Stromfluss in einem bestimmten Abschnitt der Faserhalbzeuge bewirkt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind mindestens zwei Ablegeeinheiten an dem Ablegekopf angeordnet, die nebeneinander oder nacheinander zum Ablegen von zugeführten Faserhalbzeugen ausgebildet sind. Dabei ist die eine Ablegeeinheit so ausgebildet, dass sie als Elektrode vorgesehen ist, während die andere Ablegeeinheit die Gegenelektrode bildet, so dass in einem Abschnitt der zugeführten Faserhalbzeuge zwischen den beiden Ablegeeinheiten ein Strom- fluss bewirkt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die zugeführten Faserhalbzeuge mit der Elektrode an einer ersten Seite der Faserhalbzeuge kontaktiert werden, während die Gegenelektrode die Faserhalbzeuge an einer der ersten der gegenüberliegenden zweiten Seite elektrisch kontaktiert. So ist es denkbar, dass Elektrode und die Gegenelektrode an jeweils gegenüberliegenden Seiten vorgesehen sind, so dass ein Stromfluss durch die flächigen Faserhalbzeuge hindurch bewirkt wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode, die mindestens eine Gegenelektrode, mindestens eine der Ablegeeinheiten und/oder der Faserhalbzeug-Ablegekopf selbst zum Aufbringen einer Kraft in Richtung der zugeführten Faserhalbzeuge zur Kompaktierung der Fasern der Faserhalbzeuge ausgebildet, so dass im Bereich der Kompaktierung im Bereich der Elektroden und/oder Gegenelektroden ein verbesserter Stromfluss durch das Faserhalbzeug bewirkt wird, da der Übergangswiderstand zwischen Elektrode/ Gegenelektrode und Fasermaterial sowie auch innerhalb des Fasermaterials reduziert wird. Hierdurch lässt sich gezielt der Energieeintrag in das Faserhalbzeug steuern.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hat der Faserhalbzeug- Ablegekopf mindestens eines Walze, die über eine Umfangsflache mit den zugeführten Faserhalbzeugen kontaktiert ist und die in ihrer Umfangsflache die mindestens eine Elektrode und/oder Gegenelektrode zur elektrischen Kontaktierung mit den Faserhalbzeugen aufweist. Dabei kann auch ein Walzenpaar vorgesehen sein, was aus mindestens zwei Walzen besteht, wobei die eine Walze die Elektrode und die andere Walze die Gegenelektrode trägt oder wo ein Walzenpaar ausschließlich die Elektroden hat und ein anderes Walzenpaar ausschließlich die Gegenelektroden. Auch hierbei ist vorteilhaft, wenn die mindestens eine Walze zum Aufbringen einer Kraft in Richtung der Faserhalbzeuge ausgebildet ist.

So lassen sich auch mehrere Walzen, jeweils versehen mit Elektrode und/oder Gegenelektrode, in dem Ablegekopf so anordnen, dass unterschiedliche Kontak- tierungspositionen abgebildet werden, denkbar ist auch, dass auf einer Walze sowohl Elektrode als auch Gegenelektrode (gegeneinander isoliert) angeordnet sind, um einen Stromfluss quer zur Ablegerichtung zu bewirken.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Elektroden und/oder Gegenelektro- den radial abstehend an der oder den Walze(n) angeordnet, so dass hierdurch die aufgebrachte Anpresskraft im Bereich der Elektroden und/oder Gegenelektroden erhöht wird, was eine verbesserte Kompaktierung zur Folge hat. Denkbar ist auch, dass die Elektroden und/oder Gegenelektroden radial am Umfang der Walze nach einem Muster verteilt sind, so dass bei der Drehbewegung der Wal- ze ein entsprechendes Kontaktierungsmuster über die Zeit bewirkt wird. Hierbei können auch Elektrode und Gegenelektrode abwechselnd angeordnet sein.

Denkbar ist auch, dass an einer Walze mehrere Elektroden und/oder Gegenelektroden umlaufend und axial beabstandet vorgesehen sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Leistungsregeleinheit vorgesehen, die zum Regeln der elektrischen Leistung des in dem Faserhalbzeug bewirkten Stromflusses in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Faserhalbzeug-Ablegekopfes eingerichtet ist. Eine derartige Leistungsregeleinheit kann beispielsweise in dem Ablegekopf oder in der mit dem Ablegekopf verbundenen elektrischen Energiequelle angeordnet sein. So kann beispielsweise die elektrische Leistung bei geringeren Geschwindigkeiten niedriger sein und mit zunehmender Geschwindigkeit erhöht werden. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass beim Anfahren des Ablegekopfes zu Beginn des Ablegeprozesses kein zu hoher Energieeintrag in die zugeführten und/oder abgelegten Faserhalbzeuge bewirkt wird, was zu Beschädigungen der Faserhalbzeuge führen kann. Vielmehr wird die elektrische Leistung so geregelt, dass sie sich der Geschwindigkeit des Ablegekopfes, insbesondere der Ablegegeschwindigkeit, anpasst. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Ablegekopf eine Mehrzahl von elektrischen Elektroden und gegebenenfalls eine Mehrzahl von elektrischen Gegenelektroden auf, wobei eine Elektrodensteuereinheit vorgesehen ist, die eingereichtet ist, nacheinander jeweils an einem der Elektroden eine elektrische Spannung anzulegen und die übrigen Elektroden und/oder Gegenelektro- den derart zu schalten, dass ein Stromfluss zwischen der jeweil igen Elektrode und einer vorgegebenen Gegenelektrode bewirkt wird. So wird nacheinander an jede Elektrode eine Spannung angelegt, um einen Stromfluss zu bewirken, wobei die entsprechenden übrigen Elektroden und Gegenelektroden so geschaltet werden, dass ein Stromfluss genau zwischen der Elektrode, an der die Span- nung angelegt wurde, und einer definierten Gegenelektrode bewirkt wird. Hier- durch wird der Vorteil erreicht, dass insbesondere bei großflächigen Faserhalbzeugen eine ausreichende und großflächige Temperierung erreicht werden kann. Die Elektroden werden dabei sequentiell nacheinander geschaltet. Die Elektrodensteuereinheit kann beispielsweise Bestandteil des Faserhalbzeug- Ablegekopfes sein oder Bestandteil der elektrischen Energiequelle.

Die Elektroden und gegebenenfalls die Gegenelektroden können dabei in dem Faserhalbzeug-Ablegekopf beabstandet voneinander angeordnet sein, beispielsweise beabstandet in Zuführrichtung oder beabstandet orthogonal zur Zu- führrichtung.

Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn die eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zum Steuern des Anlegens der Spannung an die Elektrode und/oder Gegenelektrode so eingerichtet ist, dass ein definierter Energieeintrag in das Faserhalbzeug bewirkt wird. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit derart eingerichtet, dass durch Steuerung des Anlegens der Spannung der Energieeintrag zeitlich gesteuert wird, beispielsweise derart, dass ein vorgegebener Energieeintrag pro Fläche und/oder Länge der Faserhalbzeuge bewirkt wird. Darüber hinaus ist es hierbei vorteilhaft, wenn bei mehreren Elektroden und/oder Gegen- elektroden die Energiequelle mittels der Steuereinheit so eingerichtet ist, dass die Elektroden und/oder Gegenelektroden separat angesprochen werden können, wodurch sich verschiedenste Stromflussmuster innerhalb der Faserhalbzeuge erzeugen lassen. Im Übrigen wird die Aufgabe auch mit einer Faser-Legevorrichtung zur Herstellung eines Fasergeleges eines Faserverbundbauteils gemäß Anspruch 9 gelöst mit einem Formwerkzeug zum Ablegen von Faserhalbzeugen und mit mindestens einem Faserhalbzeug-Ablegekopf wie zuvor beschrieben. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode in dem Faserhalb- zeug-Ablegekopf angeordnet, während die mindestens eine Gegenelektrode durch das Formwerkzeug oder durch eine zumindest teilweise elektrisch leitende Werkzeugoberfläche gebildet wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Schematische Darstellung eines Ablegekopfes mit einer Elektrode;

Schematische Darstellung eines Ablegekopfes mit einem vorgeschalteten Elektroden-Walzenpaar;

Schematische Darstellung eines Ablegekopfes mit zwei Ablegeeinheiten;

Schematische Darstellung eines Ablegekopfes mit vorgeschalteter Elektrode und Gegenelektrode;

Schematische Darstellung eines Ablegekopfes mit gegenüberliegender Elektrode und Gegenelektrode;

Schematische Darstellung einer Kontaktwalze in einer besonderen Ausführungsform

Nachfolgend wird anhand mehrerer Ausführungsbeispiele die Erfindung erläutert. Für dieselben Merkmale in den verschiedenen Figuren werden jeweils die gleichen Bezugsziffern verwendet.

Figur 1 zeigt schematisch einen Ablegekopf 1 , mit dem Faserhalbzeuge 2 auf ein Formwerkzeug 3 abgelegt werden können. Die Faserhalbzeuge 2 können dabei direkt auf die Werkzeugoberfläche 3a des Formwerkzeuges abgelegt werden oder, wenn ein mehrlagiger Aufbau des Fasergeleges hergestellt werden soll, auch auf bereits abgelegten Faserhalbzeugen.

Der Ablegekopf 1 weist eine Fasermaterialzuführung 4 auf, mit der dem Ablegekopf 1 die Faserhalbzeuge 2 zugeführt werden. Die Faserhalbzeuge 2 werden dabei über die Fasermaterialzuführung 4 von einer nicht dargestellten Materialbereitstellungseinrichtung zugeführt. Denkbar sind auch mehrere Fasermaterial- Zuführungen sowie Materialbereitstellungseinrichtungen.

Die über die Fasermaterialzuführung 4 zugeführten Faserhalbzeuge 2 werden dann über eine oder mehrere Umlenkrollen über mindestens eine Ablegeeinheit 5 geführt, die in den Ausführungsbeispielen der Figuren als Rolle bzw. Ablegewalze ausgebildet ist. Durch das Führen der Faserhalbzeuge 2 an der Unterseite drückt der Ablegekopf 1 über die Ablegewalze 5 die Fasermaterialien kontinuierlich auf das Werkzeug 3, wodurch die Faserhalbzeuge 2 auf oder in dem Formwerkzeug 3 abgelegt werden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Ablegerolle 5 elektrisch leitend so ausgebildet, dass sie die Elektrode 6 des Ablegekopfes 1 bildet. Hierfür kann die Ablegerolle 5 aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen oder von diesem ummantelt sein. Denkbar ist auch, dass die Ablege- rolle 5 nur teilweise am Umfang mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgestattet ist, um die Elektrode 6 des Ablegekopfes 1 zu bilden.

Als Gegenelektrode 7 dient im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein elektrisch leitfähiges Formwerkzeug 3, so dass ein Stromfluss zwischen der Elektrode 6 der Ablegerolle 5 und dem elektrisch leitfähigen Werkzeug 3 mit seiner Gegenelektrode 7 in den Faserhalbzeugen, die sich zwischen Ablegerolle 5 und Formwerkzeug 3 befinden, bewirkt. Hierzu sind die Elektrode 6 und die Gegenelektrode 7 mit einer Energiequelle 8 verbunden (bspw. eine Spannungsquelle), um eine entsprechende Spannung an der Elektrode und/oder Gegenelektrode zwecks Bewirkung des Stromflusses anzulegen.

Während des Ablegeprozesses wird darüber hinaus von dem Ablegekopf 1 und der Ablegerolle 5 eine Kraft F in Richtung Formwerkzeug 3 auf die abgelegten oder abzulegenden Faserhalbzeuge 2 aufgebracht, so dass es im Bereich der Ablegerolle 5 zu einer Kompaktierung des elektrisch leitfähigen Fasermaterials kommt. Durch die definierte Kompaktierung im Bereich der Ablegerolle 5 weisen die in diesem Bereich befindlichen Faserhalbzeuge bzw. das Fasermaterial einen geringeren Widerstand auf, als die umliegenden Bereiche, wodurch der Hauptstromfluss entsprechend festgelegt ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist dieser nahezu senkrecht von der Elektrode 6 in Richtung Formwerkzeug 3 als Gegenelektrode 7, was außerdem die Kontaktierung zwischen Elektrode 6 und Faserhalbzeug 2 verbessert.

Bei Ablegeköpfen, bei denen die Ablegerolle bzw. die Ablegeeinheit 5 aus Sil i- kon besteht, um so eine flexible Anpassung an Unebenheiten des Werkzeuges zu erreichen, ist das Anordnen einer Elektrode an der Ablegerolle 5 meist nicht sinnvoll. Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird hierfür vorgeschlagen, dass eine vorgeschaltete Kontakteinrichtung 9 die Elektrode 6 bildet. Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Kontakteinrichtung 9 als Walzenpaar ausgebildet, so dass sowohl auf der einen Seite als auch auf der gegenüberliegenden anderen Seite der flächigen Faserhalbzeuge 2 die dem Ablegekopf 1 zugeführt werden, eine entsprechende Spannung angelegt werden kann. Auch in diesem Fall ist das Formwerkzeug als Gegenelektrode 7 ausgebildet, so dass hier ein Stromfluss von der Kontakteinrichtung 9 bis zum Kontaktpunkt der Fa- serhalbzeuge 2 mit dem Formwerkzeug 3 im Bereich der Ablegerolle 5 bewirkt wird.

Der Vorteil im Ausführungsbeispiel der Figur 2 besteht darin, dass ein in sich größerer Abschnitt der Faserhalbzeuge 2 mit Strom durchflössen werden, so dass hier mit einer gleichmäßigeren Erwärmung als im Beispiel der Figur 1 zu rechnen ist.

Da nicht jedes Formwerkzeug über eine elektrisch leitfähige Oberfläche verfügt, gilt es ebenfalls im Bereich der Erfindung die benötigte Gegenelektrode am oder im Ablegekopf 1 vorzusehen. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Fi- gur 3. Der dort dargestellte Ablegekopf 1 weist zwei Ablegeeinheiten 5a und 5b auf, die in Bezug zu der Zuführrichtung R _ZU führ der zugeführten Faserhalbzeuge 2 nacheinander angeordnet sind. Denkbar ist auch, dass für ein Faserhalbzeug 2 die Ablegerollen 5a und 5b im Wesentlichen nebeneinander oder hintereinander angeordnet sind.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 wird durch die vorausfahrende Ablegerolle 5a die Gegenelektrode 7 gebildet, während durch die nachlaufende Ablegerolle 5b die Elektrode 6 gebildet wird. In dem Bereich, in dem die zugeführten Faser- halbzeuge 2 die beiden Ablegerollen 5a und 5b kontaktieren, wird ein Stromfluss bewirkt, wenn eine entsprechende Spannung über die Energiequelle 8 angelegt wird. Hierdurch werden die Faserhalbzeuge bzw. die elektrisch leitenden Fasern der Faserhalbzeuge zwischen der Kontaktierung der Elektrode und der Gegenelektrode bestromt und somit erwärmt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist der Ablegekopf 1 zwei Kontakteinrichtungen 9a und 9b auf, die jeweils die Elektrode 6 und die Gegenelektrode 7 bilden. In Figur 4 sind die Kontakteinrichtungen 9a und 9b jeweils als Walzenpaare ausgebildet, die jeweils zwei gegenüberliegende Walzen zur Kontaktierung der Faserhalbzeuge 2 aufweisen und mit einer definierten Kraft gegeneinander gepresst werden, so dass sich eine Kom- paktierung der Fasern erreichen lässt. Hierzu werden die Faserhalbzeuge zwischen den beiden Walzen hindurch geführt, wobei die Walzen (einzeln oder zusammen) eine Kraft in Richtung der Faserhalbzeuge aufbringen. Die Faserhalbzeuge 2 werden so formschlüssig mit den Kontakteinrichtungen 9a und 9b kontaktiert, so dass ein hinreichender elektrischer Kontakt gewährleistet werden kann.

Der Stromfluss wird dann in den Faserhalbzeugen 2 in einem Abschnitt zwischen den beiden Kontakteinrichtungen 9 bewirkt. Auch das Ausführungsbeispiel der Figur 4 hat den Vorteil, dass kein elektrisch leitfähiges Formwerkzeug vorgese- hen sein muss, um eine hinreichende Erwärmung durch Bestromung der Faser- halbzeuge zu erreichen. Des Weiteren wird in diesem Ausführungsbeispiel eine Funktionstrennung von Anpressung der Fasernnaterialien und Erwärmung der Fasermaterialien erreicht, wodurch grundsätzlich verschiedenste Materialien für die Ablegerolle verwendet werden können.

Figur 5 zeigt ähnlich wie Figur 1 eine linienförmige Erwärmung der Fasermaterialien 2, in dem eine Kontakteinrichtung 9a auf einer ersten Seite 2a der Faserhalbzeuge 2 kontaktierend anliegt, während an einer zweiten Seite 2b der Faserhalbzeuge 2 die zweite Kontakteinrichtung 9b kontaktierend anliegt. Die Kon- takteinrichtung 9a ist dabei als Elektrode ausgebildet, während die Kontakteinrichtung 9b als Gegenelektrode ausgebildet ist, wodurch ein Stromfluss lediglich linienförmig in dem anliegenden Bereich der Faserhalbzeuge 2 von der ersten Seite 2a zur zweiten Seite 2b bewirkt wird. Auch bei dieser Variante werden die Fasermaterialien zwischen den beiden Kontakteinrichtungen 9a und 9b, die als Walzen ausgebildet sind, kompaktiert, wodurch der Stromfluss in Z-Richtung des Materials, d.h. im Wesentlichen orthogonal zur Faserhalbzeugebene, bewirkt wird. Um den Energieeintrag zu erhöhen, ist auch eine Serienschaltung von Walzenpaaren denkbar.

Figur 6 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform einer Kontaktwalze im Querschnitt, bei der um den Umfang herum mehrere Elektroden 6 und Gegenelektroden 7 angeordnet sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 sind Elektrode und Gegenelektrode dabei abwechselnd am Umfang angeordnet. Darüber hinaus sind die Elektroden und Gegenelektroden so angeordnet, dass sie von der Kontaktwalze 10 radial abstehen, so dass bei Kontaktierung mit einem Faserhalbzeug über diese abstehenden Elektroden und/oder Gegenelektroden eine zusätzliche Kontaktierungskraft aufgebracht werden kann. Denkbar ist selbstverständlich auch, dass die Elektroden und/oder Gegenelekt- roden der Kontaktwalze 10 mit der Umfangsflache bündig abschließen.

Bezugszeichenliste

1 Faserhalbzeug-Ablegekopf

2 flächige Faserhalbzeuge

2a erste Seite der Faserhalbzeuge

2b zweite Seite der Faserhalbzeuge

3 Formwerkzeug

3a Werkzeugoberfläche

4 Fasermaterialzuführung

5 Ablegeeinheit, Ablegewalze

6 Elektrode

7 Gegenelektrode

8 Spannungsquelle

9, 9a, 9b Kontakteinrichtungen

10 Kontaktwalze

F Anpresskraft

Rzuführ Zuführrichtung der Faserhalbzeuge

Al/au-sb