AT514771A1 - Siloxane-based adhesion gripper - Google Patents
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Abstract
Haltevorrichtung (1), insbesondere Adhäsionsgreifer, mit einer Halterung (2) und einem in oder an der Halterung (2) befestigten Greifstempel (3), wobei der Greifstempel (3) eine elastomereKontaktfläche (4) aufweist, wobei die Kontaktfläche (4) aus einem vernetzten Siloxan besteht.Holding device (1), in particular adhesive gripper, with a holder (2) and a gripping punch (3) fastened in or on the holder (2), wherein the gripping punch (3) has an elastomeric contact surface (4), wherein the contact surface (4) consists of a crosslinked siloxane.
Description
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung, insbesondere einen Adhäsionsgreifer, miteiner Halterung und einem in oder an der Halterung befestigten Greifstempel, wobeider Greifstempel eine elastomere Kontaktfläche aufweist. Zudem betrifft dieErfindung einen Handlingroboter mit einer solchen Haltevorrichtung und eineFormgebungsmaschine mit einem entsprechenden Handlingroboter. Weiters betrifftdie Erfindung die Verwendung einer Haltevorrichtung sowie ein Verfahren zumHalten von Teilen während der Herstellung von Verbundbauteilen unter Verwendungeiner Haltevorrichtung.The invention relates to a holding device, in particular an adhesion gripper, with a holder and a gripping punch mounted in or on the holder, the gripping punch having an elastomeric contact surface. In addition, the invention relates to a handling robot with such a holding device and a shaping machine with a corresponding handling robot. Furthermore, the invention relates to the use of a holding device and a method for holding parts during the manufacture of composite components using a holding device.
Generell befasst sich die Erfindung mit dem Greifen und Positionieren von Teilen miteiner Haltevorrichtung. Im Speziellen können solche Teile Verbundbauteile,insbesondere Faserhalbzeuge, sein, die während einer automatisierten Komposite-Bauteil-Herstellung gegriffen, bewegt und positioniert werden. Greifersysteme für denBetrieb in teil- und vollautomatisierten Fertigungsprozessen können in magnetischeGreifer, elektrostatische Greifer, mechanische Greifer, Abformgreifer, Sauggreifer,Nadelgreifer und Adhäsionsgreifer unterteilt werden. Für die angestrebte Anwendungwerden derzeit vorwiegend Nadelgreifer und vereinzelt Saug- und Adhäsionsgreifereingesetzt.In general, the invention is concerned with the gripping and positioning of parts with a retainer. In particular, such parts may be composite components, in particular semi-finished fiber products, which are gripped, moved and positioned during automated composite component manufacturing. Gripper systems for operation in partially and fully automated manufacturing processes can be divided into magnetic grippers, electrostatic grippers, mechanical grippers, impression grippers, suction grippers, needle grippers and adhesion grippers. Currently, mainly needle grippers and occasionally suction and adhesion grippers are used for the intended application.
Nadelgreifer sind Stand der Technik für das Greifen von Textilen und Stoffen. Dabeiwerden Nadeln im Textil verhakt um dieses zu transportieren. Adhäsionsgreifer mitKlebeband oder fluidische Haftvermittler werden verwendet, um besondersempfindliche Objekte mit ebenen Flächen zu greifen und zu bewegen. Hierbei wirddie Oberflächenklebrigkeit der Greifer ausgenutzt. Das Ablösen am Zielort wird beiKlebebändern durch die Haftung des Objekts zum Untergrund bestimmt, welchehöher sein sollte als die Haftung zum Klebeband. Im Gegensatz dazu muss beifluidischen Haftvermittlern beim Ablösen des Objekts die Viskosität erniedrigt (z. B.durch Temperatur) werden.Needle grippers are state of the art for gripping textiles and fabrics. In the process, needles are hooked in the textile to transport it. Adhesive grippers with adhesive tape or fluidic primers are used to grip and move particularly sensitive flat surface objects. Here, the surface tackiness of the grippers is utilized. The detachment at the destination is determined in the case of adhesive tapes by the adhesion of the object to the substrate, which should be higher than the adhesion to the adhesive tape. In contrast, when solubilizing the object, fluidic coupling agents must lower the viscosity (eg, by temperature).
Ein Nachteil des Nadelgreifers ist der Verzug der Faserorientierung durch dasEinhaken der Nadeln. Die Eindringtiefe der Nadeln kann auch zur unerwünschtenAufnahme von mehreren Faserhalbzeugen führen. Nachteilig kann es auch zumHerausziehen von einzelnen Fäden beim Ablegen der Faserhalbzeuge kommen.A disadvantage of the needle gripper is the distortion of the fiber orientation by the hooking of the needles. The penetration depth of the needles can also lead to the unwanted uptake of several semi-finished fiber products. Disadvantageously, it can also lead to the removal of individual threads when the semifinished fiber products are deposited.
Weiters sind hohe Investitionskosten notwendig und ein großer Nadelverschleiß istgegeben.Furthermore, high investment costs are necessary and a large needle wear is given.
Bei Adhäsionsgreifern ist ein Nachteil die Materialübertragung vom Klebeband oderHaftvermittler auf das zu greifende Halbzeug. Zudem sind die Adhäsionskräfte geringund schwer kontrollierbar bedingt durch Änderung der Klebschicht über dieNutzungsdauer (Werkstoffalterung, Verschleiß, etc.). Weiters ist die Belastungs- undGeschwindigkeitsabhängigkeit der Adhäsion zu gering um die Belastung selbst alsSteuerungsquelle bezüglich Aufnehmen und Abheben des Halbzeuges zuverwenden. Dies zieht aufwändige mechanische Komponenten des Greifers nachsich, womit nach der Aufnahme des Halbzeuges eine Ablage ermöglicht werdenkann. Da mit diesen Systemen nicht die Adhäsionskraft des Andrückmaterials an dasHalbzeug kontrolliert werden kann, führt das Abheben oft zum Ausziehen von Fasernaus dem Halbzeug. Weiters wird die Positionierungsgenauigkeit eingeschränkt.Letztlich kommt es auch oftmals zum Verzug der Faserorientierung durcherschwertes Abheben des Greifers speziell durch die Klebeschicht, die an dasStützmaterial angekoppelt ist.In the case of adhesive grippers, a disadvantage is the transfer of material from the adhesive tape or adhesive to the semi-finished product to be gripped. In addition, the adhesion forces are low and difficult to control due to change of the adhesive layer over the service life (material aging, wear, etc.). Furthermore, the stress and velocity dependence of the adhesion is too low to use the stress itself as a control source for picking and lifting the semifinished product. This draws elaborate mechanical components of the gripper nachsich, which can be made possible after recording of the semi-finished product a tray. Since these systems can not control the adhesion force of the pressing material to the tool, lifting often results in the extraction of fibers from the semifinished product. Furthermore, the positioning accuracy is limited. Finally, warping of the fiber orientation often occurs by severely lifting the gripper, especially through the adhesive layer coupled to the support material.
Durch die steigende Nachfrage nach endlosfaserverstärkten Komposite-Bauteilenmüssen vermehrt teil- und vollautomatisierte Herstellungs- undVerarbeitungsverfahren entwickelt werden, um ökonomisch fertigen zu können.Due to the increasing demand for continuous fiber reinforced composite components, increasingly semi-automated and fully automated manufacturing and processing methods must be developed in order to produce economically.
Dabei ist die Positionierung der Faserhalbzeuge ein wesentlicher Schritt. DieErfindung wurde durch die Hantierungsprobleme (handling) von Faserhalbzeugeninspiriert. Üblicherweise liegen diese Faserhalbzeuge als Zuschnitte (flat pattern) ineinem Magazin oder direkt am Schneidtisch auf und müssen zum Aufbringen(Drapieren) auf oder in eine Form gebracht werden. Das Aufgreifen derFaserhalbzeuge aus dem Magazin oder Schneidtisch erschwert sich durch ihreMerkmale, wie ebene, sehr dünne Halbzeuge und die Empfindlichkeit gegenüberdem Verrutschen der Faserorientierung bei geringen aufgebrachten Kräften. DieBeibehaltung der Faserorientierung während des Herstellprozesses ist einHauptauswahlkriterium für einen Greifer (siehe dazu Nachteile des Standes derTechnik).The positioning of semi-finished fiber products is an essential step. The invention was inspired by the handling problems of semi-finished fiber products. Typically, these semi-finished fiber products are as flat patterns in a magazine or directly on the cutting table and must be brought to apply (draping) or in a mold. Picking up the semi-finished fiber products from the magazine or cutting table is complicated by their features, such as flat, very thin semi-finished products and sensitivity to slippage of the fiber orientation with low applied forces. Maintaining fiber orientation during the manufacturing process is a major selection criterion for a gripper (see disadvantages of the prior art).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, eine gegenüber demStand der Technik verbesserte Haltevorrichtung zu schaffen. Insbesondere sollen dieaus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermieden werden. Zudem sollenwährend des Herstellungsprozesses keine Defekte (Faserverzüge, Löcher) durchdas Greifen in das Halbzeug eingebracht werden.The object of the present invention is therefore to provide an improved over the prior art holding device. In particular, the problems known from the prior art should be avoided. In addition, during the manufacturing process, no defects (fiber distortions, holes) should be introduced into the semifinished product by gripping.
Diese Aufgabe wird durch eine Haltevorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1gelöst. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kontaktfläche auseinem vernetzten Siloxan besteht. Statt einem Andruckkörper und Klebeband wie beibisher bekannten Adhäsionsgreifern wird ein einphasiger Kunststoffkörper(Greifstempel) für das zu greifende Objekt verwendet, wodurch zusätzlichemechanische Komponenten zur Ermöglichung der Ablösung nicht mehr zwingenderforderlich sind. Durch die Festigkeit/Steifigkeit der Kontaktfläche des Greifstempelsist es somit möglich, dass der Greifstempel ohne zusätzliche Paarung mit einemanderen Werkstoff in der Lage ist, die Ablöse- und Aufnahmekräfte aufzunehmen.This object is achieved by a holding device with the features of claim 1. Accordingly, it is provided according to the invention that the contact surface consists of a crosslinked siloxane. Instead of a pressure body and adhesive tape as in the case of known adhesion grippers, a single-phase plastic body (gripping punch) is used for the object to be gripped, whereby additional mechanical components for facilitating the detachment are no longer absolutely necessary. Thus, by the strength / rigidity of the contact surface of the gripper punch, it is possible for the gripper punch to be able to accommodate the release and take-up forces without additional mating with another material.
Anders ausgedrückt zeichnet sich der Greifstempel durch geschwindigkeitsabhängige Grundmaterialeigenschaften und Oberflächenadhäsionmit einem thermorheologisch einfachen Werkstoffverhalten imEinsatztemperaturbereich aus. Durch die Geschwindigkeitsabhängigkeit derBelastung können nach dem Andrücken der Objekte diese mit hoherGeschwindigkeit aufgegriffen werden, wogegen zum Ablegen der Greifstempel mitlangsamen Geschwindigkeiten vom zu greifenden Gewebe abgelöst wird.Entscheidend ist, dass beim Aufgreifen die Adhäsion in der Grenzschicht(Kontaktfläche) zwischen Greifstempel und Gewebe (zu greifendes Teil) höher ist, alszwischen Gewebe und Untergrund. Beim Ablegen muss gegensätzliches Verhaltender Grenzschichten gelten. Das Grenzschichtverhalten wird durch die Rate dermechanischen Beanspruchung des Gesamtsystems bestimmt und kann daherinnerhalb eines Intervalls beliebig variiert werden.In other words, the gripper stamp is characterized by speed-dependent base material properties and surface adhesion with a thermorheologically simple material behavior in the application temperature range. Due to the speed dependency of the load, after the objects have been pressed on, they can be picked up at high speed, whereas at low speed the picking dies are detached from the tissue to be grasped. The decisive factor is that the adhesion in the boundary layer (contact surface) between the picking die and the tissue (at gripping part) is higher than between tissue and ground. When depositing, opposing behavior of the boundary layers must apply. The boundary layer behavior is determined by the rate of mechanical stress of the overall system and therefore can be arbitrarily varied within an interval.
Parameter für die ordnungsmäßige Anwendung des ratenabhängigenAdhäsionsgreifers sind die Auflagefläche, die Dicke des Greifstempels, dieOberflächenstrukturierung und die Einstellung der inhärenten Oberflächenklebrigkeit.Die inhärente Oberflächenklebrigkeit sollte so eingestellt werden, dass Kontamination des Faserhalbzeugs durch Materialübertragung vom Stempel ausgeschlossenwerden kann. Je nach Anwendungsgebiet, benötigten Kräften, Faserwerkstoff,Umgebungsbedingung (Staub, Reinraum, etc.) können alle Silikonelastomere(vernetzte Siloxane) eingesetzt werden, die eine ratenabhängigeOberflächenadhäsion oder Beschichtung zeigen. Im Speziellen kann diesPolydimethylsiloxan (PDMS) sein. Die Formulierung sollte so gewählt werden, dasseine ausreichend stabile Oberflächenklebrigkeit über die Produktionsdauergewährleistet wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabeivorgesehen, dass der Volumensanteil des siloxanbasierenden Vernetzers(Crosslinker) zwischen 1 % und 10 % liegt.Parameters for the proper application of the rate-dependent adhesion gripper are the bearing surface, the thickness of the gripper punch, the surface structuring and the setting of the inherent surface tack. The inherent surface tack should be adjusted so that contamination of the semifinished fiber product can be precluded by material transfer from the stamper. Depending on the field of application, forces required, fiber material, environmental conditions (dust, clean room, etc.), it is possible to use all silicone elastomers (crosslinked siloxanes) which display a rate-dependent surface adhesion or coating. In particular, this may be polydimethylsiloxane (PDMS). The formulation should be chosen to ensure a sufficiently stable surface tack over the duration of the production. According to a preferred embodiment, it is preferred that the volume fraction of the siloxane-based crosslinker (crosslinker) is between 1% and 10%.
Der wesentliche und entscheidende Vorteil für den Einsatz der Erfindung in derProduktion ist die geringe aufgebrachte mechanische Beanspruchung beim Greifender Faserhalbzeuge, insbesondere beim Ablösen des Greifers vom Halbzeug. Somitwird die Beibehaltung der Faserorientierung gewährleistet. Der Adhäsionsgreifer istprädestiniert für das Greifen von ebenen und empfindlichen Halbzeugen. Zudem sinddie Kunststoff-Stempel günstiger als Nadelgreifer oder Vakuumsaugnäpfe. Für denEinsatz von vernetzten Siloxanen ergibt sich ein weiterer Vorteil der Unabhängigkeitvon Produzenten entsprechender Adhäsionsstempel. Diese können alsZweikomponentenwerkstoff (Basispolymer und Vernetzer) in eine Gießformgegossen und somit die Greifstempel hergestellt werden. Falls höhere Kräftegefordert werden (z. B. heben von schweren Objekten), kann mit einfachenKonstruktionen die Anzahl der Greifstempel pro Manipulationsarm erhöht und folglichdie Flächenkraft pro Greifstempel reduziert werden.The essential and decisive advantage for the use of the invention in the production is the low applied mechanical stress when gripping the semifinished fiber products, in particular when detaching the gripper from the semifinished product. Thus, the maintenance of fiber orientation is ensured. The adhesive gripper is predestined for gripping even and delicate semi-finished products. In addition, the plastic punches are cheaper than needle grippers or vacuum cups. For the use of crosslinked siloxanes, there is another advantage of independence from producers of corresponding adhesion stamps. These can be cast as a two-component material (base polymer and crosslinker) into a mold, thus producing the gripper dies. If higher forces are required (eg lifting of heavy objects), with simple constructions, the number of gripper punches per manipulation arm can be increased and thus the area force per gripper punch can be reduced.
Um die Eigenschaften der Kontaktfläche des Greifstempels noch näher zu definieren,ist gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegendenErfindung vorgesehen, dass zur Prüfung des mechanische Verlustfaktors gemäß DIN53513 in der Fassung vom März 1990 des Materials des Greifstempels bei einerKonditionierungstemperatur von 23° C +/- 2° C für einen Konditionierungszeitraumvon 10 Minuten in einem mechanisch unbeanspruchten Zustand in einemPrüfverfahren mit den Prüfparametern Prüfkörper gemäß Punkt 5.3 der DIN 53513 inder Fassung vom März 1990, Mitteldehnung = 20 % gemäß DIN 53513 in derFassung vom März 1990 und Dehnungsamplitude = 2 % gemäß DIN 53513 in derIn order to further define the properties of the contact surface of the gripper punch, it is provided according to a particularly preferred embodiment of the present invention that for testing the mechanical loss factor according to DIN53513 in the March 1990 version of the material of the Greifstempels at a conditioning temperature of 23 ° C +/- 2 ° C for a conditioning period of 10 minutes in a mechanically unstressed condition in a test procedure with test specimens according to point 5.3 of DIN 53513 in the version of March 1990, mean strain = 20% according to DIN 53513 in the version of March 1990 and strain amplitude = 2% according to DIN 53513 in the
Fassung vom März 1990 wenigstens eine erste Prüfung mit diesen Prüfparameternbei einer Frequenz von 0,1 Hz durchgeführt wird und sich dabei ein erstermechanischer Verlustfaktor ergibt, wenigstens eine zweite Prüfung mit den obigenPrüfparametern bei einer Frequenz von 100 Hz durchgeführt wird und sich dabei einzweiter mechanischer Verlustfaktor ergibt, wobei der zweite mechanischeVerlustfaktor wenigstens doppelt so groß ist wie der erste mechanische Verlustfaktor.Dadurch ist die ratenabhängige Kontaktflächenbeschaffenheit des vernetztes Siloxanaufweisenden Greifstempels eindeutig überprüfbar definiert.Version of March 1990 at least a first test with these test parameters at a frequency of 0.1 Hz results in a first mechanical loss factor, at least a second test with the above test parameters is performed at a frequency of 100 Hz and this results in a second mechanical loss factor , wherein the second mechanical loss factor is at least twice as large as the first mechanical loss factor. Thus, the rate-dependent contact surface condition of the cross-linked siloxane-containing gripper punch is clearly verifiable.
Im Folgenden sind Herstellungsbeispiele von Greifstempeln einer Haltevorrichtungmit konkreten Messergebnissen angeführt.In the following, production examples of gripper punches of a holding device with concrete measurement results are given.
Beispiel 1:Example 1:
Zwei Siloxankomponenten werden bei Raumtemperatur (23° C) gegossen und ineiner Form, die der Endkontur entspricht, bei der Gießtemperatur in 24 Stundenausgehärtet. Der Anteil des Vernetzers (Vernetzerkomponente) beträgt zweiVolumenprozente. Als zu haltendes Objekt wird ein Glasfaserhalbzeug mit einemFlächengewicht von 276 g/m2 verwendet. Beträgt die Haltekraft (Andrückkraft desStempelmaterials am Halbzeug) 10 N, dann ist die Grenzgeschwindigkeit bei der dasHalbzeug von der Haltevorrichtung aufgenommen werden kann 10 mm/s.Two siloxane components are poured at room temperature (23 ° C) and cured in a mold corresponding to the final contour at the pouring temperature in 24 hours. The proportion of crosslinker (crosslinker component) is two percent by volume. The object to be held is a semi-finished glass fiber with a basis weight of 276 g / m2. If the holding force (pressing force of the stamping material on the semi-finished product) is 10 N, then the limit speed at which the tool can be picked up by the holding device is 10 mm / s.
Beispiel 2:Example 2:
Zwei Siloxankomponenten werden bei Raumtemperatur (23° C) gegossen und ineiner Form, die der Endkontur entspricht, bei der Gießtemperatur in 24 Stundenausgehärtet. Der Anteil des Vernetzers beträgt zwei Volumenprozente. Als zuhaltendes Objekt wird ein Karbonfaserhalbzeug mit einem Flächengewicht von200 g/m2 verwendet. Beträgt die Haltekraft (Andrückkraft des Stempelmaterials amHalbzeug) 10 N, dann ist die Grenzgeschwindigkeit bei der das Halbzeug von derHaltevorrichtung aufgenommen werden kann 6 mm/s.Two siloxane components are poured at room temperature (23 ° C) and cured in a mold corresponding to the final contour at the pouring temperature in 24 hours. The proportion of the crosslinker is two percent by volume. The object to be kept is a semi-finished carbon fiber product with a basis weight of 200 g / m2. If the holding force (pressing force of the stamp material on the tool) is 10 N, then the limit speed at which the semifinished product can be picked up by the holding device is 6 mm / s.
Beispiel 3:Example 3:
Zwei Siloxankomponenten werden bei Raumtemperatur (23° C) gegossen und ineiner Form, die der Endkontur entspricht, bei der Gießtemperatur in 24 Stundenausgehärtet. Der Anteil des Vernetzers beträgt fünf Volumenprozente. Als zu haltendes Objekt wird ein Glasfaserhalbzeug mit einem Flächengewicht von 276 g/m2verwendet. Beträgt die Haltekraft (Andrückkraft des Stempelmaterials am Halbzeug) 10 N dann ist die Grenzgeschwindigkeit bei der das Halbzeug von derHaltevorrichtung aufgenommen werden kann 20 mm/s.Two siloxane components are poured at room temperature (23 ° C) and cured in a mold corresponding to the final contour at the pouring temperature in 24 hours. The proportion of the crosslinker is five percent by volume. The object to be held is a glass fiber semi-finished product with a basis weight of 276 g / m2. If the holding force (pressing force of the stamp material on the semifinished product) is 10 N, then the limit speed at which the semifinished product can be picked up by the holding device is 20 mm / s.
Beispiel 4:Example 4:
Zwei Siloxankomponenten werden bei Raumtemperatur (23° C) gegossen und ineiner Form, die der Endkontur entspricht, bei der Gießtemperatur in 24 Stundenausgehärtet. Der Anteil des Vernetzers beträgt fünf Volumenprozente. Als zuhaltendes Objekt wird ein Karbonfaserhalbzeug mit einem Flächengewicht von200 g/m2 verwendet. Beträgt die Haltekraft (Andrückkraft des Stempelmaterials amHalbzeug) 10 N, dann ist die Grenzgeschwindigkeit bei der das Halbzeug von derHaltevorrichtung aufgenommen werden kann 14 mm/s. Für Faserhalbzeuge wird eine Materialformulierung mit geringererVolumenkonzentration des Vernetzers angewendet als für Organobleche oderTapes. Dies ist bedingt durch die Oberflächenbeschaffenheit der Halbzeugeeinerseits und andererseits durch die erhöhte (Saug-)Haftung der Adhäsionsgreiferbei geschlossenen Oberflächen im Vergleich zu Faserhalbzeugen.Two siloxane components are poured at room temperature (23 ° C) and cured in a mold corresponding to the final contour at the pouring temperature in 24 hours. The proportion of the crosslinker is five percent by volume. The object to be kept is a semi-finished carbon fiber product with a basis weight of 200 g / m2. If the holding force (pressing force of the stamp material on the tool) is 10 N, then the limit speed at which the semifinished product can be picked up by the holding device is 14 mm / s. For semi-finished fiber products, a material formulation with a lower volume concentration of the crosslinker is used than for organic sheets or tapes. This is due to the surface quality of the semi-finished products on the one hand and on the other hand by the increased (suction) adhesion of the adhesive gripper with closed surfaces compared to semifinished fiber products.
Schutz wird auch begehrt für einen Handlingroboter mit einer erfindungsgemäßenHaltevorrichtung sowie für eine Formgebungsmaschine mit einem solchenHandlingroboter. Konkret kann die Formgebungsmaschine eine Presse,Schließpresse oder Spritzgießmaschine sein.Protection is also desired for a handling robot with a holding device according to the invention as well as for a forming machine with such a handling robot. Concretely, the forming machine may be a press, closing press or injection molding machine.
Weiters wird Schutz für die Verwendung einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtungzum Halten von Teilen während der Herstellung von Verbundbauteilen begehrt.Konkret können solche Verbundbauteile Halbzeuge, im Speziellen Faserhalbzeugeoder Faserverbundhalbzeuge, sein. Bevorzugt wird eine Haltevorrichtung in einemFormgebungsverfahren, vorzugsweise in einem Kunststoffformgebungsverfahren wiebeispielsweise einem Kunststoffspritzgießverfahren oder RTM-Verfahren (resintransfer molding), verwendet.Furthermore, protection is desired for the use of a holding device according to the invention for holding parts during the manufacture of composite components. Specifically, such composite components may be semi-finished products, in particular semi-finished fiber products or semi-finished fiber composites. Preferably, a holding device is used in a molding process, preferably in a plastic molding process such as a plastic injection molding process or resin transfer molding (RTM) process.
Darüber hinaus wird Schutz für ein Verfahren zum Halten von Teilen während derHerstellung von Verbundbauteilen unter Verwendung einer erfindungsgemäßenHaltevorrichtung begehrt. Dabei ist vorgesehen, dass ausgehend von einer Position,in der die Kontaktfläche mit dem zu haltenden Teil kontaktiert ist und das zu haltendeTeil auf einer Ablagefläche aufliegt, die Halterung von der Ablagefläche mit einerEntfernungsgeschwindigkeit wegbewegt wird, wobei, wenn die Halterung mit einerersten, niedrigen Entfernungsgeschwindigkeit von der Ablagefläche wegebewegtwird, die Kontaktfläche vom zu haltenden Teil gelöst wird und, wenn die Halterungmit einer über ersten Entfernungsgeschwindigkeit liegenden zweiten, höherenEntfernungsgeschwindigkeit wegbewegt wird, das gehaltene Teil über dieKontaktfläche mit der Halterung mitbewegt wird.In addition, protection is sought for a method of holding parts during the manufacture of composite components using a retainer according to the invention. It is envisaged that starting from a position in which the contact surface is contacted with the part to be held and the part to be held rests on a support surface, the support is moved away from the support surface at a removal speed, wherein when the support is at a first, low removal speed is moved away from the storage surface, the contact surface is released from the part to be held, and when the support is moved away at a second, higher removal speed, above first removal speed, the held part is moved over the contact surface with the support.
Weiteren Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand derFigurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestelltenAusführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:Further details and advantages of the present invention will become more apparent from the description of the figures with reference to the embodiments shown in the drawings. Show:
Fig. 1 schematisch eine Spritzgießmaschine mit Handlingroboter,1 schematically an injection molding machine with handling robot,
Fig. 2 bis 6 diverse Darstellungen einer Haltevorrichtung,2 to 6 various representations of a holding device,
Fig. 7 schematisch einen Halte- und Transportablauf undFig. 8 den Halte- und Transportablauf mit einem Diagramm einesFig. 7 schematically shows a holding and transport process andFig. 8 the holding and transport process with a diagram of a
Kraftverlaufs.Force curve.
In Fig. 1 ist schematisch eine Spritzgießmaschine 5 mit einer vertikalenSchließeinheit 7 und einer Einspritzvorrichtung 6 dargestellt. An denFormaufspannplatten 13 und 14 der Schließeinheit 7 sind jeweils Formhälftenbefestigt, die zusammen das Werkzeug 8 bilden. Zudem ist ein Handlingroboter 11dargestellt, von dem ein Greifarm 15 in den Bereich zwischen den Formhälftenbewegbar ist. An diesem Greifarm 15 ist eine Haltevorrichtung 1 angebracht,vorzugsweise bewegbar gelagert. Diese Haltevorrichtung 1 ist über eine hier nichtdargestellte Koppelvorrichtung 12 am Greifarm 15 gehalten und weist eine Halterung2 und einen Greifstempel 3 auf. Auf der unteren Formhälfte des Werkzeugs 8 liegtein Teil 9 auf, das von der Kontaktfläche 4 des Greifstempels 3 kontaktiert wird. DasTeil 9 kann entweder ein gerade eingelegtes Vorprodukt (zum Beispiel eine Gewebe) oder auch ein gerade produziertes, bereits funktionalisiertes, beispielsweiseumspritztes, Verbundbauteil sein.FIG. 1 schematically shows an injection molding machine 5 with a vertical closing unit 7 and an injection device 6. On the mold mounting plates 13 and 14 of the clamping unit 7 are each mold halves fastened, which together form the tool 8. In addition, a handling robot 11 is shown, from which a gripper arm 15 is movable into the area between the mold halves. At this gripper arm 15, a holding device 1 is mounted, preferably movably mounted. This holding device 1 is held on a not shown here coupling device 12 on the gripping arm 15 and has a holder 2 and a gripping punch 3. On the lower mold half of the tool 8 is a part 9, which is contacted by the contact surface 4 of the gripping punch 3. The part 9 can either be a pre-product (for example a fabric) that has just been inserted or else a just-produced, already functionalized, for example over-molded, composite component.
In Fig. 2 ist in einer perspektivischen Darstellung die Haltevorrichtung 1 mit Halterung2 und Greifstempel 3 ersichtlich. Dazu passend ist in Fig. 3 eine Seitenansicht und inFig. 4 die Seitenansicht mit strichliert eingezeichneten inneren Komponenten derHaltevorrichtung 1 dargestellt, wobei diese nicht im Detail beschrieben werden. Fig. 5zeigt eine Draufsicht und Fig. 6 den Schnitt A-A gemäß Fig. 5. In diesenZeichnungen ist jeweils die Koppelvorrichtung 12 ersichtlich, über die dieHaltevorrichtung 1 lösbar mit dem Greifarm 15 verbunden ist. Die Koppelvorrichtung12 kann beispielsweise eine formschlüssige Verbindung zum Greifarm 15 hersteilen.In Fig. 2, the holding device 1 with holder 2 and 3 Greifstempel is visible in a perspective view. Matching is in Fig. 3 is a side view and inFig. Figure 4 shows the side view with dashed inner components of the holding device 1, which will not be described in detail. Fig. 5 shows a plan view and Fig. 6 shows the section A-A of FIG. 5. In these drawings, in each case the coupling device 12 can be seen, via which the holding device 1 is releasably connected to the gripping arm 15. The coupling device 12 can for example produce a positive connection to the gripping arm 15.
In Fig. 7 ist schematisch der Ablauf der Bewegung der Haltevorrichtung 1 beimGreifen, Transportieren und Ablegen des Teils 9 gezeigt. Gemäß Schritt I liegt dasTeil 9 (z. B. ein Fasergewebe) auf einer Ablagefläche 10 auf. Diese Ablagefläche 10kann beispielsweise in einem Magazin, auf einem Schneidtisch, einem Förderbandoder direkt auf einer Formhälfte ausgebildet sein. Die Haltevorrichtung 1 befindet sichoberhalb des Teils 9. Gemäß Schritt II wird die Kontaktfläche 4 des Greifstempels 3auf das Teil 9 gedrückt. Durch das Drücken wird in der Grenzfläche zwischen demGreifstempel 3 und dem Teil 9 eine Adhäsionskraft aufgebaut. Wenn dann gemäßSchritt III die Haltevorrichtung 1 mit einer relativ hohen, zweitenEntfernungsgeschwindigkeit V2 von der Ablagefläche 10 wegbewegt wird, wirdaufgrund der Adhäsionskraft auch das Teil 9 mitbewegt. Anschließend kann gemäßSchritt IV das Teil 9 an eine beliebige Stelle transportiert werden. An dieser Stelleangelangt, wird das Teil 9 über die Halterung 2 und den Greifstempel 3 wieder aufeine Ablagefläche 10 gelegt (siehe Schritt V). Für das Lösen des Teils 9 vomGreifstempel 3 gibt es zwar die Möglichkeit, dass Teil 9 mechanisch festzuhalten,bevorzugt werden aber die beiden folgenden Varianten: Gemäß einer ersten Löseartliegt das Teil 9 (Halbzeug) auf der Auflagefläche 10 auf, wobei zwischenAuflagefläche 10 und Teil 9 eine bestimmte Adhäsionskraft wirkt. Durch langsamesAbheben der Haltevorrichtung 1 mit einer ersten, niedrigenEntfernungsgeschwindigkeit V1 erfolgt das Lösen, da die Adhäsionskraft zwischender Kontaktfläche 4 und Teil 9 geringer ist als zwischen Teil 9 und Ablagefläche 10(siehe Schritt VI). Gemäß einer zweiten Löseart kann zunächst ähnlich wie in Schritt II ein Andrücken des Teils 9 erfolgen, wonach durch langsame Bewegung derHaltevorrichtung 1 in die Gegenrichtung der Greifstempel 3 langsam(Entfernungsgeschwindigkeit V1) vom Teil 9 gelöst bzw. abgezogen wird.In Fig. 7 the flow of the movement of the holding device 1 when gripping, transporting and depositing the part 9 is shown schematically. According to step I, the part 9 (for example a fiber fabric) rests on a support surface 10. This storage surface 10 may be formed, for example, in a magazine, on a cutting table, a conveyor belt or directly on a mold half. The holding device 1 is located above the part 9. According to step II, the contact surface 4 of the gripping punch 3 is pressed onto the part 9. By pressing, an adhesion force is built up in the interface between the gripper 3 and the part 9. If, according to step III, the holding device 1 is moved away from the depositing surface 10 at a relatively high, second removal speed V2, the part 9 is also moved due to the adhesive force. Subsequently, according to step IV, the part 9 can be transported to any location. At this point, the part 9 is placed over the holder 2 and the gripping punch 3 again on a shelf 10 (see step V). Although it is possible for the part 9 of the gripper punch 3 to be mechanically fixed, the following two variants are preferred: According to a first release mode, the part 9 (semi-finished product) rests on the support surface 10, wherein between the support surface 10 and the part 9 a certain adhesive force acts. By slowly lifting the holding device 1 at a first, low removal speed V1, the release takes place, since the adhesion force between the contact surface 4 and part 9 is less than between part 9 and storage surface 10 (see step VI). According to a second release mode, first of all, as in step II, pressing of the part 9 takes place, after which, by slow movement of the holding device 1 in the opposite direction, the gripping punch 3 is slowly released (removal speed V1) from the part 9.
Fig. 8 zeigt den Verfahrensablauf in Kombination mit einem möglichenDruckprofilverlauf (Ordinatenachse: Kraft) über die Manipulationszeit (Abszisse: Zeit)in einem schematischen Kraft-Zeit-Diagramm mit Abheben ohne Andrücken. DieAbziehkräfte werden als die Summe der Adhäsionskräfte in der Einspannunggemessen. Ein handelsüblicher Kraftmesssensor mit einer dem Stand der Technikentsprechenden Kalibrierung wird für die Kraftmessung eingesetzt und beiRaumtemperatur mit wenigstens einer Genauigkeit von 0,5 N gemessen. DieAbziehkräfte pro 1 mm2 des Teils 9 liegen für Kohle- und Glasfaserhalbzeugezwischen 0,01 und 0,2 N/mm2. Die Abziehkräfte liegen für Organobleche und Tapeszwischen 0,01 und 0,3 N/mm2. Zunächst wird gemäß Schritt II der Greifstempel 3 aufdas Teil 9 (Faserhalbzeug, Tape, Organoblech) mit einer Geschwindigkeit von 0,1 bis100 mm/s bewegt, bis die Haltekraft erreicht ist. Dann folgt gemäß Schritt III dasAbheben des Greifstempels 3 mitsamt dem Teil 9 bei einerEntfernungsgeschwindigkeit V2 zwischen 1 mm/s und 200 mm/s. DieBewegungsrichtung ist dabei normal zur Bauteilebene. Danach wird das Teil 9 zurUmform- oder Drapierstation bzw. zum Werkzeug 8 bewegt (Schritt IV). Danacherfolgt das Ablegen des Teils 9 durch positionieren und anschließendem abziehenmit langsamer Entfernungsgeschwindigkeit V1 (0,05 bis 50 mm/s) gemäß Schritt VI.Bei festgehaltenen Teilen 9 kann auch mit erhöhter Entfernungsgeschwindigkeit Vabgezogen werden. Das Abziehen kann auch mit erhöhter Geschwindigkeit erfolgen,wenn der Abziehmechanismus einem Schälmechanismus entspricht. Das Ablegenkann auch erfolgen, indem beim Ablegen wieder auf eine Haltekraft (Andrückkraft)gefahren wird und dann erst im Intervall (0,05 bis 50 mm/s) abgezogen wird.8 shows the method sequence in combination with a possible pressure profile profile (ordinate axis: force) over the manipulation time (abscissa: time) in a schematic force-time diagram with lifting without pressing. The pull-off forces are measured as the sum of the adhesive forces in the clamp. A commercial force measuring sensor with a prior art calibration is used for force measurement and measured at room temperature with at least 0.5N accuracy. The pull-off forces per 1 mm 2 of part 9 are between 0.01 and 0.2 N / mm 2 for carbon and glass semi-finished products. The peel forces for organic sheets and tapes are between 0.01 and 0.3 N / mm 2. First, according to step II, the gripping punch 3 is moved onto the part 9 (semifinished fiber product, tape, organic sheet) at a speed of 0.1 to 100 mm / s until the holding force is reached. Then, according to step III, the lifting of the gripping punch 3 together with the part 9 at a removal speed V2 between 1 mm / s and 200 mm / s follows. The direction of movement is normal to the component level. Thereafter, the part 9 is moved to the forming or draping station or tool 8 (step IV). Thereafter, the laying of the part 9 is carried out by positioning and then peeling off at a slow removal speed V1 (0.05 to 50 mm / s) according to step VI. With the parts 9 fixed, it is also possible to pull at an increased removal speed Vab. The peeling off can also take place at an increased speed if the peeling mechanism corresponds to a peeling mechanism. The depositing can also be done by moving again to a holding force (pressing force) when depositing and then only in the interval (0.05 to 50 mm / s) is deducted.
Innsbruck, am 23. August 2013Innsbruck, on August 23, 2013
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