DE19726831A1 - Multiaxial-Maschine mit Portalaufbau - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von mindestens eine Fadenlage aufweisenden Fadengelegen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Unter "Faden" für die Fadengelege soll nachfolgend ein linienförmiges Erzeugnis mit textilem Charakter, wie z. B. Garn, Filament, Bändchen, verstanden werden.

Es ist bekannt, daß Textilien mit übereinandergelegten Fadenscharen unter­ schiedlicher Orientierung hergestellt werden können, welche durch ein Maschensystem fixiert sind. Das Verlegen der Fadenscharen erfolgt durch eine zwangsgeführte mechanische Bewegung von Schußeintragssystemen. Bei bekannten Multiaxialmaschinen pendelt beispielsweise ein Schußwagen auf einer schräg zur Fadengelegeförderrichtung verlaufenden Laufschiene, um die Fadenschar entsprechend der vorgegebenen Schienenorientierung abzulegen. Bei Parallelschußeintrag liegt die Faserorientierung parallel zur Schiene. Beim Kreuzschußeintrag ergeben sich geringfügige Abweichungen von der Orientierung der Schiene in Abhängigkeit von der Bandbreite der verlegten Fadenschar.

Des weiteren ist es bekannt, Fadenscharen mittels einer Kulissenführung abzulegen. Dabei handelt es sich ebenfalls um eine mechanisch bedingte zwangsgeführte Bewegung des Schußeintragssystems.

Aus den US 4,677,831 und US 4,872,323 ist ein solches diagonales Ver­ legen mittels Kulissenführung beschrieben. Die Kulissenführung ist dabei schräg über die Breite des Fadengeleges angeordnet, so daß bei einer stangengeführten Bewegung eines in dem Kulissenschlitz geführten Fadenle­ gers ein Versatz des Fadenlegers in Förderrichtung erzielt werden kann. Damit ist allenfalls ein zweidimensionales Verlegen der Schußfäden möglich. Es sind weder beliebige Bannkurven in der Ebene noch Bahnkurven im Raum damit erzielbar.

In der US 4,325,999 ist eine Vorrichtung beschrieben, welche eine in Förderrichtung angebrachte Stange aufweist, um welche Schußfäden gelegt sind und mittels welcher auf diese Weise die Schußfäden, welche über eine Lochschiene der Stange zugeführt werden, eingetragen werden. Auf diese Weise sind Fadenscharen mit diagonal abgelegten Fäden erzeugbar. Das bedeutet, daß die Fäden lediglich allenfalls zweidimensional und geradlinig ablegbar sind, denn die Vorrichtung weist zum seitlichen Versetzen der die Schußfäden umlenkenden und damit führenden Stange eine Kugel-Excenter-Antriebs­ vorrichtung auf. Durch seitlich angeordnete Gruppen von Nadelstiften kann eine Änderung der diagonalen Richtung der Schußfäden erreicht wer­ den. Eine beliebige Richtung ist mit der beschriebenen Vorrichtung aber nicht möglich.

In der DE 41 22 358 C2 ist des weiteren ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Erzeugen einer Schußfadenlage aus mindestens einer diagonal angeordneten endlosen Schußfadenschar beschrieben. Mit dem beschriebenen Verfahren bzw. der beschriebenen Vorrichtung werden diagonal vorgelegte Schußfäden in die Lücken einander nahe benachbarter Haken der Schußfä­ denförderer eingeführt und in die Haken eingehängt. Damit ist ebenfalls nur ein bedingter zweidimensionaler Schußfadeneintrag möglich. Beliebige Schuß­ fadenrichtungen mit über der Breite des Fadengeleges sich ändernder Faden­ richtung können damit nicht erzeugt werden. Ebenso ist ein Verlegen des Schußfadens in Dickenrichtung des Fadengeleges mit dieser bekannten Vorrichtung bzw. diesem bekannten Verfahren nicht möglich.

Des weiteren ist aus der DE 39 32 184 C1 eine Schußfadenzuführvorrich­ tung für das Schußfädenmagazin einer Kettenwirkmaschine bekannt. Dabei wird der Schußwagen zwischen zwei Längsförderern bewegt, wobei die Antriebsvorrichtung für den Schußwagen einen Rechner und einen hiervon gesteuerten Servomotor umfaßt. In einem dem Rechner zugeordneten Spei­ cher ist ein Bewegungsgesetz abgelegt, wobei der Rechner die Antriebsge­ schwindigkeit des Servomotors unter Berücksichtigung der Hauptwellendaten und der Daten des jeweils vorgegebenen Bewegungsgesetzes berücksichtigt. Dies ist darauf gerichtet, die Schußladengeschwindigkeit den Erfordernissen der unterschiedlichen Materialeigenschaften der Schußfäden oder den Gege­ benheiten der Fadenzuführung anzupassen. Dieser bekannte Magazinschußein­ trag ist lediglich in y-Richtung möglich, d. h. in Querrichtung zur Förder­ richtung des Fadengeleges.

Aus der US 4,550,045 sowie der US 4,484,459 sind Legesystem für Multi­ axialgelege mit ausgerichteten Schienen bekannt. Mittels der ausgerichteten Schienen kann jedoch ein Schußeintrag lediglich in y-Richtung, d. h. quer zur Förderrichtung erzielt werden, d. h. lediglich diagonal angelegte Schußfäden können angeordnet werden. Beliebige Bahnkurven sowie ein Ablegen in Dickenrichtung des Fadengeleges sind nicht möglich.

Schließlich sind aus den US 4,556,440 und US 4,877,470 Vorrichtungen bekannt, bei welcher diagonal angeordnete Schienen Fadenleger zum diagona­ len Eintragen von Schußfäden aufweisen. Damit sind zwar in zweidimensio­ naler Richtung Schußfäden diagonal ablegbar, beliebige Bahnkurven sind jedoch ebenso wenig realisierbar wie ein Schußeintrag in Richtung der Dicke des Fadengeleges, d. h. in z-Richtung.

Bei den bekannten Verfahren bzw. bekannten Vorrichtungen erfolgt also der Schußeintrag stets in Laufrichtung des Schußeintragssystems. Daher wird von einer eindimensionalen Bewegung gesprochen. Durch die mechanischen Zentralantriebe der bekannten Fadenleger kann die Fadenorientierung nicht gewechselt werden. Wenn die Fadenorientierung beispielsweise von +α auf 90° oder von 90° auf -α oder von +α auf -α geändert werden soll, so ist bei den bekannten Vorrichtungen ein nicht unerheblicher Umrüstaufwand vorzunehmen.

Bei dem beschriebenen Parallelschußeintrag der Fäden der einzelnen Faden­ scharen wird in der Regel mit ortsfesten, d. h. am Maschinenrahmen befe­ stigten Versatzelementen gearbeitet.

Die entsprechenden Bewegungen zum Verlegen der Fadenscharen werden u. a. durch hydraulische oder pneumatische Antriebe durchgeführt. Nicht nur daß bei den bekannten Vorrichtungen die Reproduzierbarkeit eines konventio­ nell hergestellten, verwirkten Geleges schlecht ist, bei hydraulisch betriebe­ nen Anlagen treten darüberhinaus häufig Leckagen am Hydrauliksystem auf, welche zu Verschmutzungen des Geleges führen. Derartig verschmutzte Gelege sind unbrauchbar, da sie eine spätere Adhäsion der Kunststoffmatrix verhindern.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Herstellung von vorkonfektionierten Fadengelegen, d. h. Fadengelegen mit kraftflußgerecht orientierten Fäden, zu schaffen, mittels welcher insbesondere die Umrüstzeiten und Fertigungsstufen bei der Umstellung von einer Faden­ gelegeart auf eine andere erheblich reduziert werden und mittels welchem Schußfäden dreidimensional in einer beliebigen räumlichen Bahnkurve des Fadengeleges ablegbar sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Gemäß der Erfindung weist die Vorrichtung zur Herstellung von vorkon­ fektionierten, mindestens eine Fadenlage aufweisenden Fadengelegen eine Schußfadenzuführeinrichtung mit mindestens einem Fadenleger auf. Der Fadenleger ist mit mindestens einem Servoantrieb gekoppelt, und die Faden­ orientierungen der einzelnen Fadenlagen sind verschieden voneinander und können frei gewählt werden. Gemäß der Erfindung sind die Fadenleger bzw. ist ein Fadenleger an einem Portalsystem geführt, welches einen oder mehrere Antriebe zum dreidimensionalen Legen der Schußfäden aufweist, wobei durch den Antrieb der Fadenleger eine beliebige räumliche Bahnkurve zu erzeugen vermag. Mittels des Portalsystems, welches in x-, y- und z-Richtung verfahrbar ist, kann somit die Bahnkurve des Fadenlegers aus der superponierten Bewegung in den genannten drei Raumrichtungen erzeugt werden. Der Vorteil eines derartigen Portalsystems besteht darin, daß un­ abhängig von starren, beispielsweise schienen- oder kulissengeführten Faden­ legevorrichtungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, beliebige Bahnkurven erzielbar sind. Insbesondere bei relativ dicken Fadengelegen kann im Sinne eines kraftflußgerechten Ablegens der Schußfäden es erforder­ lich sein, die Schußfäden auch in einer von der Fadengelegeebene verschie­ denen Richtung, d. h. in der z-Richtung (Dicken-Richtung des Fadengeleges) anzuordnen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Portalsystem mit Servomotoren angetriebene Linearelemente auf. Diese Linearelemente sind an sich aus der Automationstechnik bekannt. Mittels dieser Linearelemente folgt der Fadenführer somit einer dreidimensionalen Bewegung.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind auf einem das eigentliche Portalsystem tragenden Maschinenrahmen Zahnstangen montiert, mittels welcher die Verlegebewegung in x-Richtung der Schußfäden realisier­ bar ist. Auf dem Maschinenrahmen bewegt sich ein Laufwagen, welcher die Verlegebewegung in y-Richtung der Schußfäden realisiert. Schließlich ist an dem Laufwagen ein Schlitten montiert, mittels welchem die Verlegebewegung in z-Richtung der Schußfäden realisierbar ist. Die x-Richtung stellt dabei die Längsrichtung des Maschinenrahmens, die y-Richtung die Richtung quer zur Längsrichtung des Maschinenrahmens, d. h. die Förderrichtung, und die z-Richtung stellt die Bewegungsrichtung in Richtung der Fadengelegedicke dar.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Portalsy­ stem eine Steuerungseinrichtung auf, welche über einzugebende, abspeicher­ bare oder fest integrierte Steuerungs-Software die Bahnkurven das Fadenle­ gers erzeugbar sind. Diese Bahnkurven des Fadenlegers werden entsprechend der Steuerungs-Software für die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von den belastungsbedingt bzw. kraftflußgerecht auszurichtenden Fäden im Faden­ gelege bestimmt. Darüberhinaus können die Materialeigenschaften von zu verlegenden Fäden mittels der Steuerungs-Sofaware berücksichtigt werden, was bei Herstellung von Fadengelegen aus unterschiedlichen Fadenmaterialien der Fall ist. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht u. a. auch darin, daß die Vorrichtung somit leicht umrüstbar ist, wenn von einer Fadengelegeart auf eine andere umgestiegen wird, ohne daß hardwareseitige Änderungen vorzunehmen sind. Die Änderungen beziehen sich dann lediglich auf geänderte Steuerungs-Software bzw. auf die Auswahl einer anderen Steuerungs-Software.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Versatzmechanik, welche die Verlegebewegung der Schußfäden in die x-, y- und z-Richtung ausführt, mobil mit dem Portalsystem mitbewegbar.

Damit wird eine hohe Flexibilität beim Erzielen beliebiger räumlicher Bahn­ kurven der Schußfäden bei Fadengelegen berücksichtigt, so daß die Fäden so im Fadengelege ablegbar sind, daß sie kraftflußgerecht den späteren Belastungsbedingungen im Einsatz des jeweiligen Composite-Bauteils gerecht werden.

Vorzugsweise können Stehfäden, welche auch als 0°-Fäden bezeichnet werden, oder sonstige Inlays, wie z. B. Folien, Schäume, Textilien, beliebig zwischen die Fadenlagen eingearbeitet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung in Gesamtanordnung; und

Fig. 2 eine Detailansicht des Fadenvorlegesystems.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfin­ dung dargestellt. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt ein Portal­ system 5, welches auf einen Maschinenrahmen 4 montiert ist. Seitlich zu dem Portalsystem 5 ist ein Spulengatter angeordnet, in welchem eine zu­ mindest der Anzahl der Schußfäden entsprechende Anzahl von Spulen aufge­ nommen ist, von welchen die einzelnen Schußfäden abgezogen und den am Portalsystem 5 jeweils angeordneten Fadenlegern 2 zugeführt werden. Dar­ überhinaus werden von einer Fadenzufuhreinrichtung 7 Fäden parallel und in der dem Portalsystem entsprechenden Breite des Fadengeleges oder in variablen Breiten über entsprechende Umlenkwalzen dem Fadengelege zu­ geführt. In Förderrichtung am Ende des eigentlichen Portalsystems 5 ist gestrichelt eine Fixiereinrichtung vorgesehen, mittels welcher die einzelnen Lagen so miteinander zumindest vorfixiert werden, daß die Fäden der einzelnen Lagen ihre Lage nicht mehr verändern können. Dies kann bei­ spielsweise durch eine Wirk- oder Näheinrichtung sowie eine Kunststoffixier­ einrichtung (z. B. Kalander, Doppelbandpresse) erfolgen, mittels welcher die einzelnen Lagen bzw. die einzelnen Fäden der einzelnen Lagen zueinander fixiert werden. Das fertige Fadengelege 1 besteht aus mehreren Fadenlagen 3 unterschiedlicher Richtungen, wobei eine Querrichtung, eine Längsrichtung und eine Diagonalrichtung dargestellt ist.

Auf den Maschinenrahmen 4 sind Zahnstangen 9 in Längsrichtung des Portalsystems 5, d. h. in x-Richtung montiert. Angetriebene Laufwagen, die das Linearsystem für die Querrichtung zur Förderrichtung des Fadengeleges, d. h. der y-Richtung, tragen, bewegen sich auf dem Maschinenrahmen 4. An diesem Laufwagen, mittels welchem die y-Richtung für den Schußladenein­ trag erzielt wird, ist ein weiterer Schlitten montiert, der mit solchen An­ triebskomponenten versehen ist, daß er in der Lage ist, eine z-Bewegung auszuführen. Unter z-Bewegung wird eine Bewegung in Richtung der Dicke des Fadengeleges 1 verstanden. Damit ist es möglich, insbesondere bei dicken Fadengelegen 1, den Schußfaden auch in Richtung der Dicke ab­ zulegen, so daß allen Anforderungen bezüglich der späteren Belastungen des Bauteils in seinem Einsatz im Hinblick auf ein kraftflußgerechtes Ablegen der Schußfäden entsprochen werden kann. Durch eine entsprechende Super­ position der Bewegungen in die x-, y- und z-Richtung können somit von jedem einzelnen Portalsystem, wobei über die Gesamtlänge auf dem Maschi­ nenrahmen mehrere einzelne Portalsysteme angeordnet sein können, beliebige Raumkurven des jeweiligen Fadenlegers 2 realisiert werden. Jedes der auf den Maschinenrahmen aufgesetzten Portalsysteme kann jeden beliebigen Winkel und jede beliebige Bahnkurve für den Schußladen im Raum erzeu­ gen. Die komplette Versatzmechanik 12 kann dabei mobil mit dem Portal­ system mitbewegt werden. Dadurch wird eine extrem hohe Flexibilität hin­ sichtlich der Erzeugung anforderungsgerechter Fadengelege, d. h. vorkon­ fektionierter Fadengelege erzeugt.

Mit dem beschriebenen erfindungsgemäßen kompletten Portalsystem kann eine hohe Reproduzierbarkeit bei der Herstellung der Fadengelege erreicht wer­ den. Darüberhinaus werden die Umrüstzeiten bei der Einrichtung der Anlage, wenn von einer Fadengelegeart bzw. von einem Fadengelegematerial auf eine andere Fadengelegeart bzw. auf ein anderes Fadengelegematerial umgerüstet werden soll, durch entsprechende Steuerungs-Software drastisch reduziert. Da die Antriebe der Versatzmechanik nicht hydraulisch erfolgen, kann die Gefahr der Ölverschmutzung der Fadengelege mittels der erfindungsgemäßen Portallösung vermieden werden.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Fadenlegers. Der Fadenleger 2, welcher auch als Fadenvorlegesystem bezeichnet werden kann, ist an einem Querpor­ talträger des Portalsystems 5 dreidimensional bewegbar angeordnet. Dieser Querportalträger ist vom Maschinenrahmen 4 aufgenommen, auf welchem der Querportalträger mit einem nicht dargestellten Zahnrad in die längs des Maschinenrahmens 4 des Portalsystems 5 angeordnete Zahnstange 9 eingreift. Ebenfalls am Maschinenrahmen angeordnet ist eine Schiene, welche die zur Lagefixierung der Fäden 10 dienenden Haken 11 trägt. Oberhalb der Zahn­ stange 9 ist schematisch der Bewegungsablauf für den Fadenleger 2 aus einer Ausgangsposition bis zu einer mit gekennzeichneten Position dargestellt.

Die erste Bewegung des Fadenlegers 2 von der Position zur Position erfolgt in y-Richtung. Von dort erfolgt eine Bewegung in z-Richtung zur Position . Von der Position wird der Fadenleger 2 in x-Richtung bis zur Position bewegt (Versatzbewegung). Von der Position wird der Fadenleger 2 in z-Richtung zur Position angehoben. Von der Position wird der Fadenleger 2 dann wieder in die der Position 1 entsprechenden Ausgangsposition geführt, wobei diese Ausgangsposition von der ursprüng­ lichen Ausgangsposition um die Strecke Δx, d. h. die Bewegung des Fadenle­ gers in x-Richtung, entfernt ist. Somit wird deutlich, daß der Fadenleger 2 in sämtliche Richtungen durch Superposition der drei Grundbewegungsrichtun­ gen in die x-, y- und z-Richtung ablegbar ist. Die prinzipielle Darstellung des Bewegungsablaufs von der Position zur Position veranschaulicht den Ablauf des Fadenlegers 2, um die Fadenschar in die Nadeltransportkette 11 zu legen.

Des weiteren ist in Fig. 2 gezeigt, daß ein Versatzrechen 12 am Querpor­ talträger angebracht ist. Ein solcher Versatzrechen 12 wird bei Bewegung des Querträgers mitbewegt. Bei Einrichtungen des Standes der Technik ist dagegen dieser Versatzrechen ortsfest angebracht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Herstellung von vorkonfektionierten, mindestens eine Fadenlage (3) aufweisenden Fadengelegen (1), welche eine Schußfäden­ zuführvorrichtung mit mindestens einem Fadenleger (2) aufweist, wobei der Fadenleger (2) mit einem Servoantrieb gekoppelt ist, mittels wel­ chem voneinander verschiedene Fadenorientierungen der Fadenlagen (3) erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenleger (2) an einem Portalsystem (5) geführt ist, welches einen Antrieb zum dreidimensionalen Legen der Schußfäden mittels des so eine beliebige Bahnkurve erzeugenden Fadenlegers (2) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Portal­ system (5) mit Servomotoren angetriebene Linearelemente aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels auf einem Maschinenrahmen (4) montierter Zahnstangen (9) die Verlegebewegung in x-Richtung, mittels mindestens eines sich auf dem Maschinenrahmen (4) bewegenden Laufwagens die Verlegebewegung in y-Richtung und mittels eines an dem Laufwagen montierten Schlittens die Verlegebewegung in z-Richtung realisierbar ist, wobei die x-Rich­ tung die Längsrichtung des Maschinenrahmens (4), die y-Richtung die Richtung quer zur Längsrichtung des Maschinenrahmens (4) und die z- Richtung die Bewegungsrichtung in Richtung der Dicke des Fadengele­ ges (1) darstellen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Portalsystem (5) eine Steuerungseinrichtung aufweist, über welche mittels Steuerungs-Software die Bahnkurven des Fadenlegers (2) in Abhängigkeit von belastungsbedingt zu orientierenden Fäden einer Fadenlage (3) und Materialeigenschaften von zu verlegenden Fäden änderbar und damit die Vorrichtung hardware-unabhängig umrüstbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Verlegebewegung in die x-, y- und z-Richtung ausführende Versatz­ mechanik mobil mit dem Portalsystem (5) mitbewegbar ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 0°- bzw. Stehfäden beliebig zwischen die Fadenlagen (3) einarbeitbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Stehfäden Inlays in Form von Folien, Schäumen oder Textilien sind.