WO2016005322A1 - Applikationswerkzeug und applikationsverfahren - Google Patents

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WO2016005322A1
WO2016005322A1 PCT/EP2015/065349 EP2015065349W WO2016005322A1 WO 2016005322 A1 WO2016005322 A1 WO 2016005322A1 EP 2015065349 W EP2015065349 W EP 2015065349W WO 2016005322 A1 WO2016005322 A1 WO 2016005322A1
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WO
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forming
application
application tool
tool
workpiece
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PCT/EP2015/065349
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English (en)
French (fr)
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Stefan Bayer
Michael Mayer
Holger Friedel
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KUKA Systems GmbH
Original Assignee
KUKA Systems GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
    • B29C31/04—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
    • B29C31/08—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors
    • B29C31/085—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors combined with positioning the preforms according to predetermined patterns, e.g. positioning extruded preforms on conveyors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
    • B25J15/0616—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means with vacuum
    • B25J15/0691—Suction pad made out of porous material, e.g. sponge or foam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns

Definitions

  • the invention relates to an application tool and an application method with the features in the preamble de method and device main claim.
  • Fiber composite bodies so-called preforms or prepregs to make.
  • preforms or prepregs to make.
  • several tools or process steps are necessary for this purpose. This is for one
  • the invention solves this problem with the features in the method and device main claim.
  • Application tool and the application method have functional and economic advantages. They enable industrial realization and automation for picking up and near-net shape reshaping of such flexible workpieces. These may be piece-like flexible workpieces, e.g. flat textiles, especially in the
  • Fiber composite area preferably fiber composite body.
  • these processes can be automated and performed using an industrial robot.
  • the claimed application technique is particularly suitable for fiber composite bodies, which are designed, for example, as so-called preforms or prepregs.
  • the flexible workpieces, in particular fiber composite bodies may have a mat-like shape. You can also use a sticky or adhesive Own surface.
  • the claimed application tool can be used as
  • Combination tool combine several functions and can be used both for the surface recording of a flexible
  • Workpiece from a 2D tray, as well as for the spatial and 3D forming can be used on an external forming tool.
  • the picking and forming process is powerful and can be done quickly and safely.
  • a high forming quality of the flexible workpiece can be achieved. Wrinkling, distortion or other adverse or faulty appearances on the formed workpiece can be avoided or at least significantly reduced.
  • the claimed application technique has particular economic advantages.
  • Component production from fiber composite materials is the
  • the application tool can be designed in different ways. In the preferred embodiment, it has a controllably deformable as well
  • hardenable and reconfigurable forming head on. This can accommodate the flexible workpiece surface and spatially on an external forming tool
  • the forming head Due to its controllable deformability, the forming head can also deform when pressing the flexible workpiece to the external forming tool. At the end of this forming process, the forming head can solidify in the assumed shape. He can as
  • Shaping contour preferably full surface contact pressure of the flexible workpiece serve to the forming tool.
  • This can be a particularly high forming or
  • Mold quality of the flexible workpiece can be achieved.
  • the flexible workpiece and the forming head can be optimally adapted to the forming tool and map or shape its contour in a counter-mold.
  • the forming process can take place in several stages.
  • the same application tool can be used.
  • the flexible workpiece can be on
  • Application tool remain and does not have to be delivered between the forming stages and resumed.
  • the application tool can change in the same way as the flexible workpiece to the stepwise
  • the forming head may be controlled so that it deforms together with the flexible workpiece during forming on an external forming tool and
  • Forming head can also be controlled so that it deforms after delivery of the deformed flexible workpiece in a defined initial shape and thereby
  • the flexible workpiece is detected over its entire surface in the flat recording on its entire relevant surface and held by means of a holding means on the application tool.
  • the full-surface recording can also be achieved by a dense grid of receiving points on the application tool, so that a virtually full-surface recording is realized.
  • the recording takes place at least
  • the shaping tool has a corresponding molding for this purpose. This can be designed as a stamp or so-called male or recess or so-called die.
  • the forming head has a supporting body with a forming member arranged therein that can be controlled
  • Forming member is preferably flexurally elastic and in
  • the forming member has on its side facing the flexible workpiece receiving side on a deformation behavior, which in the deformation behavior of the flexible
  • Forming member and the flexible workpiece an equal or at least comparable Umform .
  • Forming member and flexible workpiece have the same or at least comparable shear behavior.
  • Shearable surface may e.g. by a
  • Stabilization structure are formed, which preferably also a stabilizing structure of the flexible
  • a stabilizing structure may e.g. be formed as a lattice structure or unidirectional structure (UD structure).
  • annular support frame having an inner chamber, wherein the support frame may be formed in a similar manner as the forming member, and also of one or more vacuum mattresses with a
  • Vacuum device can be formed.
  • the inner chamber of the support body may be hermetically sealed, and may be via a controllable fluid supply with a variable chamber pressure, in particular air pressure,
  • a pressure reduction is for the deformation of the forming member of the forming tool of Advantage.
  • the chamber pressure is increased again.
  • Guiding means in particular guide pins, ensure precise guidance and reproducible positioning of the
  • Forming member on the application tool is also advantageous for the programmed delivery by the industrial robot.
  • the industrial robot is advantageously designed as a tactile robot and can be based on the
  • a human-robot collaboration can also be carried out.
  • the invention also relates to an application device which comprises at least the claimed application tool.
  • the application device may include one or more shaping tools and possibly the multiaxial industrial robot.
  • At the forming tool can be secured by means of an optionally present, flexible counter-holder, the system of the flexible workpiece on the application tool in the delivery and during the forming process.
  • the counter-holder in particular a membrane, can by appropriate adhesion after the
  • Shaped body are delivered by the application tool.
  • the molding then has a correspondingly high adhesion.
  • the counterholder with the reduced adhesion can also be compared with the
  • Figure 1 an application device with a
  • Application tool an industrial robot and a forming tool in the recording and delivery of a fiber composite body
  • Figure 2 and 3 the application device of Figure 1 in different positions during the forming of the fiber composite body
  • Figure 4 the application device of Figure 1 to 3 after the forming process with open
  • Figure 5 a variant of the forming tool with a
  • the invention relates to an application tool (2) and an application method.
  • the invention further relates to an application device (1) with such
  • the application tool (2) has its own
  • inventive meaning It can be used in exchange for purely manual forming technology and together with an existing forming tool (5). It can also be operated manually and be movably supported for relief on a support structure with load balancing.
  • the application tool (2) can also be part of a preferably automatic application device (1). This can be an external component as a further component
  • Shaping tool (5) include. This can be in
  • the application device (1) may have one or more further components, in particular a multi-axis
  • Industrial robots (3) include. This is not necessary. An industrial robot (3) can also be provided by an operator of the application device (1). Alternatively, another handling device is possible.
  • the application tool (2) is shown in FIGS.
  • Industrial robot (3) can also supply with
  • the industrial robot (3) has a plurality of robot arms (7) and an output member (8) which is e.g. when
  • Rotary flange is formed.
  • the last output-side robot arm (7) is shown in FIGS. 1 to 4.
  • the industrial robot (3) can have any number and combination of rotary and / or translatory robot axes. Preferably, it is as
  • Articulated robot or articulated robot designed. It can be stationary or unsteady and has preferably five, six or more driven
  • Robot axes possibly also one or more additional axes.
  • the industrial robot (3) has a robot controller (not shown), via which also the
  • Application tool (2) can be controlled.
  • the industrial robot (3) pursues the handling and
  • Forming process a programmed path. It can be position-controlled with its robot axes and approach predetermined path points or move along a programmed path.
  • Industrial robot (3) designed as a tactile robot having an associated sensor (not shown), which detects externally acting mechanical loads and communicates with the robot controller. In this case, forces and / or moments can be detected.
  • the sensor is preferably integrated in the robot arms (7). Here, e.g. at the powered robot axes and
  • the tactile industrial robot (3) one or more force-controlled or force-controlled robot axes and possibly a compliance control have, for example, can be formed as a pure power control or a combination of position and force control ⁇ .
  • the robot axes may have a controllable or switchable brake.
  • Such a tactile robot (3) can be used for a human-robot collaboration (MRK). It may be formed, for example, according to DE 10 2007 063 099 A1, DE 10 2007 014 023 A1 or DE 10 2007 028 758 B4.
  • the application tool (2) serves to receive a flexible workpiece (4) in a planar manner and to spatially reshape the picked-up workpiece (4) on an external and preferably stationary forming tool (5).
  • the workpiece (4) is doing to a
  • Application device (1) has the same purpose or the same function.
  • the flexible workpiece (4) can be of any type, size and design. It preferably has a finite, piece-like mat shape according to FIG. 1 and is provided on a table-like support (16) in an extended, flat position.
  • the flexible workpiece (4) is
  • flexurally elastic and possibly stretch-resistant or low-stretch can be converted from its originally planar 2D shape into a spatial SD shape (18) according to FIG. This is e.g. the curved shape shown in the embodiments, in particular bell shape or shell shape.
  • the forming can take place in one or more shaping steps.
  • the flexible workpiece (4) may consist of any materials. It can be single-layered or multi-layered. Preferably, it is flat textiles, especially in the fiber composite area. In the embodiments shown, the flexible workpiece (4) is formed as a fiber composite body, which consists of a
  • synthetic base material e.g. a synthetic resin
  • mechanical stabilizing structure e.g. is formed by fibers.
  • the stabilization structure can be one-dimensional or multi-dimensional. It is preferably located on or in the deformation process affected and deformed
  • a multidimensional stabilization structure may be formed, for example, as a woven fabric or as a lattice structure.
  • the fibers are eg as glass fibers, carbon fibers,
  • Lattice structure can be strands or filaments with a
  • the flexible workpiece (4) may comprise a unidirectional material (so-called UD material) or a UD structure. This one-dimensional
  • Stabilizing structure may e.g. are formed by stretched and mostly rectified stabilizing elements without cross-linking.
  • the stabilizing elements are distributed over the workpiece surface and may be formed as embedded individual fibers or fiber bundles. Alternatively, local material thickening or the like. Possible.
  • the stabilizing elements may be over the entire length or a partial length of
  • Workpiece surface located stabilization structure in particular tissue or lattice structure, are Corperten.
  • the stabilizing elements in particular fibers, strands or threads, can move relative to one another in the surface.
  • the flexible workpiece (4) may be a combination of different ones
  • the flexible workpiece (4) may in particular consist of different layers, each having different stabilizing structures or structural combinations. Also, only individual areas can be reinforced by another structure.
  • the application tool (2) is shown in more detail in FIGS. 6 to 8. It is designed as a combination tool and is used both for two-dimensional recording of the flexible workpiece (4), as well as for the spatial deformation of the recorded workpiece (4) in one or more forming stages on an external forming tool (5).
  • the application tool (2) has a forming head (11) which can be deformed in a controllable manner and
  • the application tool (2) may further comprise a frame (9) on which the forming head (11) is arranged and supported.
  • the application tool (2), in particular the frame (9) can have a connection (10) for the
  • Output member (8) are connected directly or with the interposition of an automatic tool changer and / or a sensor.
  • the application tool (2) in particular the forming head (11), has a receiving side (14), facing the workpiece (4), which is e.g. has a planar shape in the defined starting position. During the forming process this deforms
  • Application tool (2) or the forming head (11) on the receiving side (14) and takes a deviating from the planar shape spatial shape or contour, e.g. a
  • Shell shape a. This can be a positive or convex or negative or concave shape or contour.
  • the deformed contour can be stepped or rounded. It can involve a single or multiple deformation.
  • the flexible workpiece (4) is received flat. The recording is preferably carried out on the entire
  • the flexible workpiece (4) is releasably held on the receiving side (14) by a holding means (17).
  • the holding means (17) will be explained in more detail below. It may be, for example, a releasable adhesive or adhesive connection with a specific and limited adhesive ⁇ or adhesive force.
  • the forming head (11) is controlled so that it deforms together with the recorded flexible workpiece (4) when it rests against an external forming tool (5), in particular on its shaped body (27), and then in the deformed position or contour
  • Forming head (11) can also be controlled so that it deforms back after delivery of the flexible workpiece (4) in the aforementioned defined initial shape and reconfigured.
  • the forming head (11) has a
  • Support body (19) having arranged thereon a forming member (12), the controllable deformable and
  • the forming member (12) is solidifiable.
  • the forming member (12) as a vacuum mattress with a vacuum device (13)
  • the vacuum mattress can be under outer deformation and can be strengthened and stiffened even in the deformed position.
  • Vacuum mattress has for this purpose a gas-tight and flexurally elastic and stretch-resistant shell, which is connected to the support body (19).
  • the shell is a filling of a granulate whose e.g. out
  • Vacuum mattress also has a vacuum connection for connection to the preferably on the frame (9) arranged vacuum device (13).
  • Granulate filling is compressed and solidified in the assumed and deformed position. Your compressed particles are by mutual positive engagement and / or
  • Vacuum mattress thereby forms a rigid shell, the forces introduced via the support body (19) on the
  • Vacuum mattress again flexibilized and made malleable.
  • the aforementioned receiving side (14) is arranged in the embodiments shown on the forming member (12). It is e.g. from the flexible workpiece (4) facing
  • the receiving side (14) has a deformation behavior, which corresponds to the deformation behavior of the flexible workpiece (4).
  • the receiving side (14) of the forming member (12) have a shearable surface of the type described above.
  • the receiving side (14) has, for example, a grid structure (15). Also conceivable are other geometric stabilization structures, eg an unstructured material or UD material.
  • the mutually facing and contacting surfaces of the flexible workpiece (4) and the forming head (11), in particular forming member (12), preferably have the same or at least comparable shear behavior.
  • the illustrated lattice structure (15) of the forming member (12) may be the fabric or lattice structure of the flexible one
  • Both lattice structures are formed, for example, by threads or strands that intersect at right angles in the undeformed state.
  • the strands can move in the surface relative to each other or move. You can eg to a
  • the base material of the flexible workpiece (4) in particular
  • Layer structure as the fiber composite body have.
  • the thus laminated lattice structure (15) can also form a support on the receiving side (14) and the relevant wall of the forming member (12).
  • This wall, in particular sheath wall, can also easily deform under external influence and has a flexible workpiece (4) corresponding
  • the aforementioned and preferably flat holding means (17) serves to hold the optionally suspended workpiece (4) in the receiving position on the forming member (12).
  • the holding means (17) can be formed by the aforementioned adhesive or adhesive connection, the so-called tack.
  • the fiber composite adheres e.g. with its sticky surface of the base material at the
  • connection is preferably over the entire workpiece surface, wherein the
  • Receiving side (14) circumferentially may have an excess.
  • the adhesive or adhesive bond can be solved when a counter force is applied to the other side of the workpiece, which is greater than the holding force of the holding means (17).
  • the holding means (17) preferably has a defined and limited holding force, in particular adhesive or adhesive force.
  • the holding means (17) may be controllable, wherein the holding force is changed. During transport and possibly also during the deformation of the flexible workpiece (4), the holding force
  • the holding force can be turned off. This can e.g. based on adhesion due to electrostatic or other physical effects.
  • a voltage to the holding means (17) whose holding power can be changed, in particular, if necessary, on and off.
  • Corresponding effects can e.g. by a variable temperature of the holding means (17) and a concomitant change in the
  • controllable holding means (17) are formed by a suction device.
  • the holding means (17) may also be formed by a clamping, tensioning device and / or another mechanical holding mechanism or the like.
  • the flexible workpiece (4) may have a tack (tack). This may correspond to the tack of the holding means (17) or deviate from this.
  • the tack of the flexible workpiece (4) may be predetermined, e.g. through material properties. It can also be adjustable and possibly changeable. The tack may depend on several factors, e.g. from the temperature. The tack can thus be e.g. be set by controlling the ambient temperature and possibly also changed as needed.
  • Heat energy can the flexible workpiece (4) on the forming head (11) to be added or removed. This can e.g. conductively via the contact point on the receiving side (14) or via the holding means (17). In this case, both tieres of workpiece (4) and holding means (17) can be controlled by the corresponding temperatures and
  • the holding means (17) may then be a temperature changing means, which e.g. conductively adjoin the workpiece (4) its temperature and according to its stickiness by heating and / or cooling and possibly
  • the forming head (11) can have a predetermined and constant tack, wherein the holding means (17) nevertheless has temperature-changing means, by means of which only the tack of the flexible workpiece (4) is set and optionally changed.
  • a conductive heat also from the environment, for example by hot gas, a
  • heating of the flexible workpiece (4) is inductive or other
  • the support body (19) has an annular support frame (20) which surrounds an inner chamber (22).
  • the support frame (20) is on one side with the forming member (12), in particular with the
  • Vacuum mattress and on the other side with a
  • the chamber (22) may be formed as a fluid chamber and connected to a controllable fluid supply (25).
  • a fluid in particular a gas, preferably air, in the
  • Fluid chamber (22) are fed and on the other hand sucked out of the chamber (22).
  • the variable by means of the controllable fluid supply (25) chamber pressure acts on the back of the forming member (12).
  • overpressure e.g. the forming member (12) and the forming head (11)
  • the forming member (12) can deform under external action during the forming process and move into the fluid chamber (22).
  • the support body (19), in particular its support frame (20) can follow this movement during deformation as needed.
  • the support frame (20) can for this purpose also have controllable deformable and solidifiable and reconfigurable frame walls (21). These may e.g. as inflatable tubes and in particular as a vacuum mattresses in the manner described above
  • the Frame walls (21) are preferably formed as straight side walls.
  • flexible corner parts (23) for example stretchable films, can be arranged on the frame corners, which gas-tightly connect the side walls (21) over their corners and follow their deformation movements.
  • the forming member (12) is over one or more
  • the guide means (24) connected to the frame (9).
  • the guide means (24) are e.g. as guide pins
  • Forming member (12) extend in the starting position and perpendicular to the support plate of the frame (9).
  • the guide pins (24) are on the frame (9) in a defined shape with predetermined degrees of freedom in one or more of the axes shown x, y, z
  • the guide means (24) ensure a reproducible and defined position of the forming member (12) during the deformation in the forming process. They can also be useful in the reconfigured starting position. In particular, a shearing or shifting parallel to the support plate of the frame (9) is prevented. This is also the necessary reference to the frame (9) and the
  • the application tool (2) thus has a defined Tool Center Point (TCP).
  • TCP Tool Center Point
  • the forming tool (5) has a preferred
  • stationary arranged tool carrier (26) on which a shaped body (27) is arranged.
  • the molded body (27) can be present several times. In the shown
  • Embodiments is the shaped body (27) as a stamp or Male forms and defines the positive mold for the desired deformation of the flexible workpiece (4), which then receives a corresponding negative mold (18).
  • the molded body (27) is sunk in a trough-like depression of the tool carrier (26).
  • Deepening forms a chamber (30) surrounding the molded body (27), which is open on one side, in particular on the upper side. About this access opening, the application tool (2) with the recorded workpiece (4) can be supplied.
  • the counter support (28) supports the retaining means (17).
  • the counter-holder (28) can be omitted in another embodiment.
  • the application tool (2) can then directly to the forming tool (5), in particular to the
  • Shaped body (27) are delivered.
  • the illustrated flexible counter-holder (28) is e.g. as a thin-walled and flexurally elastic plastic membrane, e.g. Silicone, formed. This is by means of a
  • Fixation (29) attached to the tool carrier (26). It spans in the initial position shown in Figure 1 and in the extended position, the access opening.
  • the fixation (29) is e.g. designed as a fixing frame, the
  • the fixation (29) or the fixing frame may, if necessary, be opened in accordance with FIG. 4, for example pivoted.
  • the counter-holder (28), in particular the membrane, has a lower adhesive or adhesion to the
  • the flexible workpiece (4) as the application tool (2).
  • the flexible workpiece (4) can thereby after the
  • FIG. 3 shows this position with the formed negative mold (18).
  • the optional counterholder (28) or the thin-walled membrane is deformed accordingly and between the
  • a tactile industrial robot (3) with its sensory abilities is advantageous in the delivery and deformation and can control the process based on the detected reaction forces or moments and correct as needed.
  • the with the counter-holder (28) closed receiving opening in the tool carrier (26) forms a gas-tight fluid chamber (30) with a control device (32) for the
  • a negative pressure or suction pressure can also be applied, in particular in the end position of FIG. 3.
  • the molded body (27) may have a larger adhesive or
  • Adhesive force to the workpiece (4) as the holding means (17) develop. In this way, during the withdrawal movement, the workpiece (4) can be released from the application tool (2) and remain on the shaped body (27). Alternatively, the application tool (2) the recorded and
  • Figures 2 to 4 also illustrate the deformation and solidification behavior of the forming head (11) and the forming member (12). At the delivery and for the Forming process of the flexible workpiece (4) is the
  • FIG. 4 shows the
  • Negative mold (18) The pressing forces during forming and compacting with the forming head (11) according to FIGS. 3 and 4 can be achieved by means of a corresponding pressure guide in the
  • Fluid chamber (22) are supported.
  • the forming member (12) is solidified in the deformed position. It retains this solidified shape even when retreating
  • the forming head (11) or the forming member (12) can be reconfigured in the manner described above and brought to the starting position according to FIG. 1 for the next picking and forming cycle.
  • the forming process is single-stage. In a variant, not shown, it may be multi-level, wherein the forming head (11) with the
  • Received workpiece (4) successively different shaping tools (5) is fed and there Various deformation steps are performed.
  • the forming head (11) or its forming member (12) can be switched in each case in a suitable manner deformation soft in the various deformations and then solidified again.
  • Figure 5 also shows a possibly further process step after the deformation of the workpiece (4) and forming head (11) or forming member (12) according to FIG 3.
  • After removal of the application tool (2) can further compacting and also a solidification of the molded body (27) remaining workpiece (4) by otherwise pressing pressure.
  • this purpose e.g. in the area of the fluid chamber (30)
  • the forming tool (5) a movable closure (31), in particular a pivotable lid for the chamber (30) and for the access opening in
  • the shutter (31) can also be moved under control. Between the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the closure or lid (31) in the closed position and the
  • a further sealed chamber portion (33) is formed.
  • a fluid in particular air or another gas can be fed with pressure in order to support the aforementioned suction in the chamber area under the membrane (28).
  • Variant may be a compact tion of the deformed workpiece (4) by a separately supplied pressure stamp
  • Embodiments are possible in various ways.
  • the features of the above-described embodiments and their variants can be arbitrary
  • the forming head (11) may be structurally designed in another way. He can e.g. a dense and
  • Deformation behavior can be influenced.
  • the starting position can be reconfigured, in the e.g. all free pen ends lie in a common plane.
  • the shaping tool (5) can also be modified in which, for example, the shaped body (27) has a concave shape instead of the convex shape shown and is formed as a depression or matrix in the chamber bottom. Deformation of the flexible workpiece (4) and the deformable connected forming member (12) can then be effected for example via the support body (19), for example by a significantly increased internal pressure in the fluid chamber (22). LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Applikationswerkzeug (2) und ein Applikationsverfahren für ein flexibles Werkstück (4), wobei das Applikationswerkzeug (2) als Kombiwerkzeug zum flächigen Aufnehmen und räumlichen Umformen des flexiblen Werkstücks (4) an einem externen Formgebungswerkzeug (5) ausgebildet ist und einen steuerbar verformungsfähigen sowie verfestigungsfähigen und rekonfigurierbaren Umformkopf (11) aufweist. Der Umformkopf (11) besitzt einen Stützkörper (19) mit einem daran angeordneten, steuerbar verformungsfähigen sowie verfestigungsfähigen Umformglied (12), welches mattenartig, biegeelastisch und ggf. dehnfest oder dehnarm ausgebildet ist.

Description

BESCHREIBUNG
Applikationswerkzeug und Applikationsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Applikationswerkzeug und ein Applikationsverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff de Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruchs.
In der Praxis ist es bekannt, auf manueller Basis das Aufnehmen und endkonturnahe Umformen von flexiblen
Faserverbundkörpern, sogenannten Preforms oder Prepregs, vorzunehmen. Außerdem sind hierfür mehrere Werkzeuge bzw. Prozessschritte notwendig. Dies ist für eine
Automatisierung und eine Großserienfertigung ungünstig.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Applikationstechnik für flexible Werkstücke aufzuzeigen .
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Verfahrens- und Vorrichtungshauptanspruch.
Die beanspruchte Applikationstechnik, d.h. das
Applikationswerkzeug und das Applikationsverfahren, haben funktionale und wirtschaftliche Vorteile. Sie ermöglichen eine Industriealisierung und Automatisierung für das Aufnehmen und endkonturnahe Umformen von solchen flexiblen Werkstücken. Dies können stückartige flexible Werkstücke sein, z.B. flächige Textilien, insbesondere im
Faserverbundbereich, vorzugsweise Faserverbundkörper.
Insbesondere können diese Prozesse automatisiert und unter Einsatz eines Industrieroboters durchgeführt werden.
Die beanspruchte Applikationstechnik eignet sich besonders für Faserverbundkörper, die z.B. als sog. Preforms oder Prepregs ausgebildet sind. Die flexiblen Werkstücke, insbesondere Faserverbundkörper, können eine mattenartige Form haben. Sie können auch eine haftende oder klebende Oberfläche besitzen.
Das beanspruchte Applikationswerkzeug kann als
Kombiwerkzeug mehrere Funktionen in sich vereinen und kann sowohl für das flächige Aufnehmen eines flexiblen
Werkstücks aus einer 2D-Ablage, als auch für das räumliche und 3D-Umformen an einem externen Formgebungswerkzeug eingesetzt werden. Der Aufnahme- und Umformprozess ist leistungsfähig und kann schnell und sicher durchgeführt werden. Ferner kann eine hohe Umformqualität des flexiblen Werkstücks erzielt werden. Faltenbildungen, Verzüge oder andere nachteilige oder fehlerhafte Erscheinungen am umgeformten Werkstück können vermieden oder zumindest signifikant gemindert werden .
Die beanspruchte Applikationstechnik hat insbesondere wirtschaftliche Vorteile. Im Bereich der
Bauteilherstellung aus Faserverbundmaterialien ist die
Automatisierung und Verkettung der einzelnen Bestandteile der Prozesskette ein wichtiger Beitrag, um solche
Faserverbundmaterialien für den Großserienbereich
kostengünstig einsetzen zu können. Die Handhabung der hochempfindlichen Halbzeuge bzw. flexiblen Werkstücke aus dem Faserverbundmaterial im Lauf der Prozesskette stellt eine Schlüsselkomponente dar, die dank der beanspruchten Applikationstechnik nun kostengünstig und leistungsfähig automatisiert werden kann.
Durch die Ausbildung und Funktion des
Applikationswerkzeugs als Kombiwerkzeug und des
Applikationsverfahrens als Kombiprozess können die
Prozessschritte vereinfacht und beschleunigt werden. Ein mehrmaliges Aufnehmen und Wiederabgeben des flexiblen Werkstücks kann entfallen. Außerdem sind die bisher üblichen weiteren Zwischenschritte im Aufnahme- und Umformprozess nicht mehr erforderlich. Durch die
Integration der Aufnahme und Umformung des flexiblen
Werkstücks in einen automatisierten und robotergestüt zen Prozess wird die Struktur des flexiblen Werkstücks, insbesondere des Faserverbundkörpers, nicht negativ beeinflusst. Außerdem wird eine sehr hohe Ablegequalität hinsichtlich Positionsgenauigkeit, Verzugsarmut,
Sicherstellung der Strukturintegrität usw. erzielt. Zudem wird der Gesamtprozess durch die Integration beschleunigt. Das Faserverbundmaterial wird schonender als beim Stand der Technik behandelt.
Das Applikationswerkzeug kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsform weist es einen steuerbar verformungsfähigen sowie
verfestigungsfähigen und rekonfigurierbaren Umformkopf auf. Dieser kann das flexible Werkstück flächig aufnehmen und räumlich an einem externen Formgebungswerkzeug
umformen. Durch seine steuerbare Verformungsfähigkeit kann der Umformkopf sich ebenfalls beim Andrücken des flexiblen Werkstücks an das externe Formgebungswerkzeug verformen. Am Ende dieses Umformvorgangs kann der Umformkopf sich in der eingenommenen Form verfestigen. Er kann als
Andrückmittel fungieren und für eine innerhalb der
Formgebungskontur bevorzugt vollflächige Anpressung des flexiblen Werkstücks an das Formgebungswerkzeug dienen. Hierdurch kann eine besonders hohe Umform- oder
Abformqualität des flexiblen Werkstücks erzielt werden. Das flexible Werkstück und der Umformkopf können sich optimal an das Formgebungswerkzeug anpassen und dessen Kontur in einer Gegenform abbilden oder abformen.
Der Umformprozess kann ggf. in mehreren Stufen ablaufen. Dabei kann das gleiche Applikationswerkzeug benutzt werden. Das flexible Werkstück kann am
Applikationswerkzeug verbleiben und muss nicht zwischen den Umformstufen abgegeben und erneut aufgenommen werden. Das Applikationswerkzeug kann sich dabei genauso wie das flexible Werkstück an die stufenweise veränderten
Konturenvorgaben der Formgebungswerkzeuge anpassen. Der Umformkopf kann derart gesteuert sein, dass er sich gemeinsam mit dem flexiblen Werkstück beim Umformen an einem externen Formgebungswerkzeug verformt und
anschließend in der verformten Lage verfestigt. Der
Umformkopf kann ferner derart gesteuert sein, dass es sich nach Abgabe des verformten flexiblen Werkstücks in eine definierte Ausgangsform zurückverformt und dadurch
rekonfiguriert. Er kann dadurch ein neues flexibles
Werkstück flächig greifen. Das flexible Werkstück wird bei der flächigen Aufnahme an seiner gesamten relevanten Oberfläche vollflächig erfasst und mittels eines Haltemittels am Applikationswerkzeug gehalten. Die vollflächige Aufnahme kann auch durch einen dichten Raster von Aufnahmestellen am Applikationswerkzeug erzielt werden, sodass eine quasi vollflächige Aufnahme realisiert wird. Die Aufnahme erfolgt zumindest an
denjenigen Werkstückbereichen, die bei der anschließenden räumlichen Umformung betroffen sind und ihre Lage ändern. Durch die flächige Aufnahme ist eine exakte Nachformung des Formgebungswerkzeugs möglich. Das Formgebungswerkzeug hat hierfür einen entsprechenden Formkörper. Dieser kann als Stempel oder sogenannte Patrize oder als Vertiefung bzw. sogenannte Matrize ausgebildet sein. Für die konstruktive und funktionale Gestaltung des
Applikationswerkzeuges und seines Umformkopfes gibt es verschiedene Möglichkeiten. In der bevorzugten Ausführung weist der Umformkopf einen Stützkörper mit einem darin angeordneten Umformglied auf, dass steuerbar
verformungsfähig sowie verfestigungsfähig ist. Das
Umformglied ist bevorzugt biegeelastisch und im
Wesentlichen dehnfest ausgebildet. Es kann eine Mattenform haben und als Umformmatte gestaltet sein. In der
bevorzugten Ausführungsform ist es als Vakuummatratze mit einer Vakuumeinrichtung ausgebildet. Das Umformglied weist an seiner dem flexiblen Werkstück zugewandten Aufnahmeseite ein Verformungsverhalten auf, welches an das Verformungsverhalten des flexiblen
Werkstücks angepasst ist. Insbesondere zeigen das
Umformglied und das flexible Werkstück ein gleiches oder zumindest vergleichbares Umformverhalten.
Hierfür ist eine scherfähige Oberfläche an der
Aufnahmeseite von Vorteil, wobei die Oberflächen von
Umformglied und flexiblem Werkstück ein gleiches oder zumindest vergleichbares Scherverhalten haben. Die
scherfähige Oberfläche kann z.B. durch eine
eindimensionale oder mehrdimensionale
Stabilisierungsstruktur gebildet werden, die bevorzugt auch einer Stabilisierungsstruktur des flexiblen
Werkstücks, insbesondere des Faserverbundkörpers,
entspricht. Eine Stabilisierungsstruktur kann z.B. als Gitterstruktur oder unidirektionale Struktur (UD-Struktur) ausgebildet sein. Der Stützkörper für das Umformglied, insbesondere die Vakuummatratze, kann seinerseits verformungs- und
verfestigungsfähig sein. Er kann hierfür einen
ringförmigen Stützrahmen mit einer innenliegenden Kammer aufweisen, wobei der Stützrahmen in ähnlicher Weise, wie das Umformglied, ausgebildet sein kann und ebenfalls von einer oder mehreren Vakuummatratzen mit einer
Vakuumeinrichtung gebildet werden kann. Die innenliegende Kammer des Stützkörpers kann luftdicht abgeschlossen sein, und kann über eine steuerbare Fluidversorgung mit einem veränderbaren Kammerdruck, insbesondere Luftdruck,
beaufschlagt werden. Eine Druckreduzierung ist für das Verformen des Umformglieds am Formgebungswerkzeug von Vorteil. Für die Rekonfigurierung und Rückverformung des Umformglieds wird der Kammerdruck wieder erhöht.
Führungsmittel, insbesondere Führungsstifte, sorgen für eine exakte Führung und reproduzierbare Positionierung des
Umformglieds am Applikationswerkzeug. Dies ist auch für die programmierte Zustellung durch den Industrieroboter von Vorteil. Der Industrieroboter ist vorteilhafterweise als taktiler Roboter ausgebildet und kann anhand der
Belastungen aufnehmenden Sensorik den Zustell- und
Anpressvorgang beim Umformprozess optimal ausführen.
Bedarfsweise kann auch eine Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) erfolgen. Die Erfindung betrifft auch eine Applikationseinrichtung, die zumindest das beanspruchte Applikationswerkzeug umfasst. Ferner kann die Applikationseinrichtung ein oder mehrere Formgebungswerkzeuge und ggf. den mehrachsigen Industrieroboter beinhalten. Am Formgebungswerkzeug kann mittels eines ggf. vorhandenen, flexiblen Gegenhalters die Anlage des flexiblen Werkstücks am Applikationswerkzeug bei der Zustellung und beim Umformprozess gesichert werden. Der Gegenhalter, insbesondere eine Membran, kann durch eine entsprechende Haftfähigkeit nach dem
Umformvorgang das Ablösen des weiterhin vom
Applikationswerkzeugs gehaltenen verformten Werkstücks ermöglichen. Andererseits kann das verformte Werkstück auch wieder an das Formwerkzeug, insbesondere den
Formkörper, vom Applikationswerkzeug abgegeben werden. Der Formkörper hat dann eine entsprechend hohe Haftfähigkeit.
Der Gegenhalter mit der verminderten Haftfähigkeit kann während des Umformvorgangs sich auch gegenüber dem
Formkörper verformen und bewegen. Durch den flexiblen Gegenhalter, insbesondere die Membran und die verminderte Haftfähigkeit wird die Qualität des Umformprozesses gesteigert. Die Gefahr eines temporären Anbackens oder anderweitigen Haftens des flexiblen Werkstucks beim Umformvorgang und der hieraus evtl. entstehende Verzug Werkstücks können vermieden oder zumindest signifikant gemindert werden.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltung der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
Figur 1: eine Applikationseinrichtung mit einem
Applikationswerkzeug, einem Industrieroboter und einem Formgebungswerkzeug bei der Aufnahme und Zustellung eines Faserverbundkörpers, Figur 2 und 3: die Applikationseinrichtung von Figur 1 in verschiedenen Stellungen beim Umformen des Faserverbundkörpers ,
Figur 4: die Applikationseinrichtung von Figur 1 bis 3 nach dem Umformvorgang bei geöffnetem
Formgebungswerkzeug,
Figur 5: eine Variante des Formgebungswerkzeugs mit einem
Deckel ,
Figur 6 und 7: perspektivische Ansichten des
Applikationswerkzeugs aus verschiedenen Blickwinkeln und Figur 8: eine Seitenansicht des Applikationswerkzeugs von
Figur 6 und 7.
Die Erfindung betrifft ein Applikationswerkzeug (2) und ein Applikationsverfahren. Die Erfindung betrifft ferner eine Applikationseinrichtung (1) mit einem solchen
Applikationswerkzeug (2).
Das Applikationswerkzeug (2) hat eigenständige
erfinderische Bedeutung. Es kann im Austausch zur rein manuellen Umformtechnik und zusammen mit einem bereits vorhandenen Formgebungswerkzeug (5) eingesetzt werden. Es kann auch manuell bedient werden und dabei zur Entlastung an einer Tragkonstruktion mit Lastausgleich beweglich abgestützt sein. Das Applikationswerkzeug (2) kann außerdem Bestandteil einer bevorzugt automatischen Applikationseinrichtung (1) sein. Diese kann als weitere Komponente ein externes
Formgebungswerkzeug (5) beinhalten. Dieses kann in
beliebiger Zahl vorhanden sein. Für einen mehrstufigen Umformprozess sind zwei oder mehr Formgebungswerkzeuge (5) vorgesehen .
Die Applikationseinrichtung (1) kann eine oder mehrere weitere Komponenten, insbesondere einen mehrachsigen
Industrieroboter (3) beinhalten. Dies ist allerdings nicht notwendig. Ein Industrieroboter (3) kann auch von einem Betreiber der Applikationseinrichtung (1) beigestellt werden. Alternativ ist eine andere Handhabungseinrichtung möglich .
Das Applikationswerkzeug (2) wird in den gezeigten
Ausführungsbeispielen von einem mehrachsigen
Industrieroboter (3) gehalten und geführt. Über den
Industrieroboter (3) kann auch eine Versorgung mit
Betriebsmitteln, z.B. Signal- und Leistungsströmen,
Druckluft etc. und eine Steuerung der Werkzeugfunktionen erfolgen. Der Industrieroboter (3) hat mehrere Roboterarme (7) und ein Abtriebsglied (8), welches z.B. als
Drehflansch ausgebildet ist. In Figur 1 bis 4 ist der Übersicht halber nur der letzte abtriebseitige Roboterarm (7) dargestellt.
Der Industrieroboter (3) kann eine beliebige Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen Roboterachsen aufweisen. Vorzugsweise ist er als
Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter ausgebildet. Er kann stationär oder instationär angeordnet sein und hat vorzugsweise fünf, sechs oder mehr angetriebene
Roboterachsen, ggf. auch eine oder mehrere Zusatzachsen.
Der Industrieroboter (3) besitzt eine Robotersteuerung (nicht dargestellt) , über die auch das
Applikationswerkzeug (2) angesteuert werden kann. Der Industrieroboter (3) verfolgt beim Handhabungs- und
Umformprozess eine programmierte Bahn. Er kann mit seinen Roboterachsen positionsgesteuert sein und vorgegebene Bahnpunkte anfahren oder sich entlang einer programmierten Bahn bewegen.
In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der
Industrieroboter (3) als taktiler Roboter ausgebildet, der eine zugeordnete Sensorik (nicht dargestellt) aufweist, die extern einwirkende mechanische Belastungen detektiert und mit der Robotersteuerung kommuniziert. Hierbei können Kräfte und/oder Momente erfasst werden. Die Sensorik ist vorzugsweise in die Roboterarme (7) integriert. Hierbei können z.B. an den angetriebenen Roboterachsen und
insbesondere an deren Lagerstellen Kraft- oder
Momentensensoren und Wegsensoren angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann eine Sensorik zwischen dem Abtriebsglied (8) und dem Applikationswerkzeug (2)
angeordnet sein.
Der taktile Industrieroboter (3) kann eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen und ggf. eine Nachgiebigkeitsregelung haben, die z.B. als eine reine Kraftregelung oder eine Kombination einer Positions¬ und Kraftregelung ausgebildet sein kann. Außerdem können die Roboterachsen eine Steuer- oder schaltbare Bremse haben. Ein solcher taktiler Roboter (3) kann für eine Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) eingesetzt werden. Er kann z.B. gemäß der DE 10 2007 063 099 AI, DE 10 2007 014 023 AI oder DE 10 2007 028 758 B4 ausgebildet sein. Das Applikationswerkzeug (2) dient gemäß Figur 1 bis 4 dazu, ein flexibles Werkstück (4) flächig aufzunehmen und das aufgenommene Werkstück (4) an einem externen und bevorzugt stationären Formgebungswerkzeug (5) räumlich umzuformen. Das Werkstück (4) wird dabei an einen
Formkörper (5) des Formgebungswerkzeugs (5) angedrückt und an dessen räumliche Kontur angeformt. Die
Applikationseinrichtung (1) hat den gleichen Zweck bzw. die gleiche Funktion.
Das flexible Werkstück (4) kann von beliebiger Art, Größe und Ausbildung sein. Es hat vorzugsweise eine endliche, stückartige Mattenform gemäß Figur 1 und wird auf einer tischartigen Auflage (16) in gestreckter, ebener Lage bereit gestellt. Das flexible Werkstück (4) ist
biegeelastisch und ggf. dehnfest oder dehnarm. Es kann aus seiner ursprünglich ebenen 2D-Form in eine räumliche SD- Form (18) gemäß Figur 4 überführt werden. Dies ist z.B. die in den Ausführungsbeispielen gezeigte gewölbte Form, insbesondere Glockenform oder Schalenform. Das Umformen kann in einem oder mehreren Formgebungsschritten erfolgen.
Das flexible Werkstück (4) kann aus beliebigen Materialien bestehen. Es kann einschichtig oder mehrschichtig sein. Vorzugsweise handelt es sich um flächige Textilien, insbesondere im Faserverbundbereich. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist das flexible Werkstück (4) als Faserverbundkörper ausgebildet, der aus einem
synthetischen Basismaterial, z.B. einem Kunstharz, und einer mechanischen Stabilisierungsstruktur besteht, die z.B. von Fasern gebildet wird.
Die Stabilisierungsstruktur kann eindimensional oder mehrdimensional sein. Sie befindet sich bevorzugt an oder in der beim Umformprozess betroffenen und verformten
Werkstückoberfläche. Sie kann auch im Innenbereich des flexiblen Werkstücks (4) angeordnet sein. Eine mehrdimensionale Stabilisierungsstruktur kann z.B. als Gewebe oder als Gitterstruktur ausgebildet sein. Die Fasern sind z.B. als Glasfasern, Kohlenstofffasern,
KunstStofffasern oder dgl . ausgeführt. Eine Gewebe- oder
Gitterstruktur kann Stränge oder Fäden mit einer
kreuzweisen oder rautenartigen Anordnung besitzen.
In einer anderen Variante kann das flexible Werkstück (4) ein unidirektionales Material (sog. UD-Material) oder eine UD-Struktur aufweisen. Diese eindimensionale
Stabilisierungsstruktur kann z.B. von gestreckten und überwiegend gleichgerichteten Stabilierungselementen ohne Querverkettung gebildet werden. Die Stabilierungselemente sind über die Werkstückoberfläche verteilt und können als eingelagerte einzelne Fasern oder Faserbündel ausgebildet sein. Alternativ sind lokale Materialverdickungen oder dgl. möglich. Die Stabilierungselemente können sich über die gesamte Länge oder eine Teillänge der
Werkstückoberfläche erstrecken.
Bei der Verformung kann die vorzugsweise an der
Werkstückoberfläche befindliche Stabilisierungsstruktur, insbesondere Gewebe- oder Gitterstruktur, verschert werden. Hierbei können sich die Stabilierungselemente, insbesondere Fasern, Stränge oder Fäden, in der Oberfläche relativ zueinander verschieben.
Des Weiteren kann es sich bei dem flexiblen Werkstück (4) um eine Kombination von verschiedenen
Materialien/Strukturen handeln. Das flexible Werkstück (4) kann insbesondere aus verschiedenen Schichten bestehen, die jeweils unterschiedliche Stabilierungsstrukturen bzw. Strukturkombinationen aufweisen. Auch können nur einzelne Bereiche durch eine andere Struktur verstärkt werden. Das Applikationswerkzeug (2) ist in Figur 6 bis 8 näher dargestellt. Es ist als Kombiwerkzeug ausgebildet und wird sowohl zum flächigen Aufnehmen des flexiblen Werkstücks (4), als auch zum räumlichen Umformen des aufgenommenen Werkstücks (4) in einer oder mehreren Umformstufen an einem externen Formgebungswerkzeug (5) eingesetzt.
Das Applikationswerkzeug (2) weist einen Umformkopf (11) auf, der in steuerbarer Weise verformungsfähig und
verfestigungsfähig ist. Er kann außerdem rekonfiguriert und aus einer verformten und verfestigten Lage in eine definierte Ausgangslage zurückgebracht werden. In dieser z.B. gestreckten Ausgangslage kann er gemäß Figur 1 das flexible Werkstück (4) flächig aufnehmen.
Das Applikationswerkzeug (2) kann ferner ein Gestell (9) umfassen, an dem der Umformkopf (11) angeordnet und abgestützt ist. Das Applikationswerkzeug (2), insbesondere das Gestell (9) kann einen Anschluss (10) für den
Industrieroboter (3) aufweisen. Hier kann das
Abtriebsglied (8) direkt oder unter Zwischenschaltung eines automatischen Werkzeugwechslers und/oder einer Sensorik angeschlossen werden. Das Applikationswerkzeug (2), insbesondere der Umformkopf (11) hat eine dem Werkstück (4) zugewandte Aufnahmeseite (14), die z.B. in der definierten Ausgangslage eine ebene Form aufweist. Beim Umformprozess verformt sich das
Applikationswerkzeug (2) bzw. der Umformkopf (11) an der Aufnahmeseite (14) und nimmt eine von der ebenen Form abweichende räumliche Form oder Kontur, z.B. eine
Schalenform, ein. Dies kann eine positive bzw. konvexe oder negative bzw. konkave Form oder Kontur sein. Die verformte Kontur kann stufenförmig oder gerundet sein. Sie kann eine einfache oder mehrfache Verformung beinhalten. Das flexible Werkstück (4) wird flächig aufgenommen. Die Aufnahme erfolgt dabei vorzugsweise an der gesamten
Oberfläche oder zumindest an dem später umgeformten
Oberflächenbereich. Das flexible Werkstück (4) wird dabei an der Aufnahmeseite (14) durch ein Haltemittel (17) lösbar gehalten. Das Haltemittel (17) wird nachfolgend näher erläutert. Es kann z.B. eine lösbare Klebe- oder Haftverbindung mit einer bestimmten und begrenzten Klebe¬ oder Haftkraft sein.
Der Umformkopf (11) wird derart gesteuert, dass er sich gemeinsam mit dem aufgenommenen flexiblen Werkstück (4) bei der Anlage an einem externen Formgebungswerkzeug (5) , insbesondere an dessen Formkörper (27), verformt und sich anschließend in der verformten Lage oder Kontur
verfestigt. Über die Verfestigung können Andrückkräfte auf das verformte Werkstück (4) übertragen und über den gesamten Verformungsbereich verteilt werden. Der
Umformkopf (11) kann ferner derart gesteuert werden, dass er sich nach Abgabe des flexiblen Werkstücks (4) in die vorerwähnte definierte Ausgangsform zurück verformt und rekonfiguriert .
Für die konstruktive Ausführung des Applikationswerkzeugs (2) und des Umformkopfes (11) gibt es verschiedene
Möglichkeiten. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform weist der Umformkopf (11) einen
Stützkörper (19) mit einem daran angeordneten Umformglied (12) auf, das steuerbar verformungsfähig sowie
verfestigungsfähig ist. Das Umformglied (12) ist
vorzugsweise mattenartig ausgebildet. Es ist
biegeelastisch und bevorzugt auch dehnfest oder dehnarm ausgebildet . in den gezeigten Varianten ist das Umformglied (12) als Vakuummatratze mit einer Vakuumeinrichtung (13)
ausgestaltet. Die Vakuummatratze kann sich unter äußerer formgebender Einwirkung verformen und lässt sich auch in der verformten Lage verfestigen und versteifen. Die
Vakuummatratze weist zu diesem Zweck eine gasdichte und biegeelastische sowie dehnfeste Hülle auf, die mit dem Stützkörper (19) verbunden ist. In der Hülle befindet sich eine Füllung aus einem Granulat, dessen z.B. aus
Kunststoff bestehende Partikel druckfest sind. Die
Vakuummatratze weist ferner einen Vakuumanschluss zur Verbindung mit der bevorzugt am Gestell (9) angeordneten Vakuumeinrichtung (13) auf.
Über die Vakuumeinrichtung (13) kann Gas, insbesondere Luft aus der Hülle abgesaugt werden, wodurch die
Granulatfüllung in der eingenommenen und verformten Lage verdichtet und verfestigt wird. Ihre verdichteten Partikel werden durch gegenseitigen Formschluss und/oder
Reibschluss in ihrer Lage fixiert. Die verfestigte
Vakuummatratze bildet dadurch eine steife Schale, die über den Stützkörper (19) eingeleitete Kräfte auf das
aufgenommene Werkstück (4) übertragen kann. Bei Aufhebung des Unterdrucks durch Öffnen des Vakuumanschlusses oder aktives Einblasen von Gas, insbesondere Luft, wird die Versteifung und Verfestigung aufgehoben und die
Vakuummatratze wieder flexibilisiert und verformungsfähig gemacht .
Die vorerwähnte Aufnahmeseite (14) ist in den gezeigten Ausführungsformen am Umformglied (12) angeordnet. Sie wird z.B. von der dem flexiblen Werkstück (4) zugewandten
Hüllenwand der Vakuummatratze gebildet. Die Aufnahmeseite (14) weist ein Verformungsverhalten auf, welches an das Verformungsverhalten des flexiblen Werkstücks (4)
angepasst ist und vorzugsweise diesem entspricht. Hierfür kann die Aufnahmeseite (14) des Umformglieds (12) eine scherfähige Oberfläche der vorbeschriebenen Art aufweisen. Wie Figur 6 bis 8 verdeutlichen, weist die Aufnahmeseite (14) z.B. eine Gitterstruktur (15) auf. Denkbar sind auch andere geometrische Stabilisierungsstrukturen, z.B. ein unstrukturiertes Material oder UD-Material.
Die einander zugewandten und kontaktierenden Oberflächen des flexiblen Werkstücks (4) und des Umformkopfs (11), insbesondere Umformglieds (12), haben vorzugsweise ein gleiches oder zumindest vergleichbares Scherverhalten.
Die gezeigte Gitterstruktur (15) des Umformglieds (12) kann der Gewebe- oder Gitterstruktur des flexiblen
Werkstücks (4) entsprechen. Hierüber kann das Verformungs¬ und Scherverhalten aneinander angepasst werden. Beide Gitterstrukturen werden z.B. von Fäden oder Strängen gebildet, die sich im unverformten Zustand rechtwinklig kreuzen. Bei einer räumlichen Verformung und insbesondere einer Wölbung der Gitterstruktur können sich die Stränge in der Oberfläche relativ zueinander verscheren oder verschieben. Sie können dabei z.B. zu einer
rautenähnlichen Anordnung wechseln. Das Basismaterial des flexiblen Werkstücks (4), insbesondere
Faserverbundkörpers, folgt dieser Bewegung. Beim Applikationswerkzeug (2) kann die Gitterstruktur (15) des Umformglieds (12) zwischen flexiblen Folien
eingebettet sein. Sie kann dabei einen ähnlichen
Schichtaufbau wie der Faserverbundkörper haben. Die dermaßen kaschierte Gitterstruktur (15) kann außerdem eine Auflage auf der Aufnahmeseite (14) und der betreffenden Wandung des Umformglieds (12) bilden. Diese Wandung, insbesondere Hüllenwandung, kann sich ebenfalls unter äußerer Einwirkung leicht verformen und hat ein dem flexiblen Werkstück (4) entsprechendes
Verformungsverhalten. Durch diese Anpassungen im
Verformungsverhalten werden Faltenbildung, Verzüge oder andere Störungen am Werkstück (4) bei einem Umformvorgang vermieden .
Das vorerwähnte und bevorzugt flächige Haltemittel (17) dient dazu, das gegebenenfalls schwebend aufgenommene Werkstück (4) in der Aufnahmeposition am Umformglied (12) zu halten. Das Haltemittel (17) kann durch die vorerwähnte Klebe- oder Haftverbindung, den sogenannten Tack, gebildet werden. Der Faserverbundkörper haftet z.B. mit seiner klebrigen Oberfläche des Basismaterials an der
Aufnahmeseite (14), insbesondere an der eingebetteten
Gitterstruktur (15). Die Verbindung besteht vorzugsweise über die gesamte Werkstückoberfläche, wobei die
Aufnahmeseite (14) umlaufend ein Übermaß aufweisen kann. Die Klebe- oder Haftverbindung kann gelöst werden, wenn an der anderen Werkstückseite eine Gegenkraft angelegt wird, die größer als die Haltekraft des Haltemittels (17) ist. Das Haltemittel (17) hat vorzugsweise eine definierte und begrenzte Haltekraft, insbesondere Klebe- oder Haftkraft.
In einer anderen Variante kann das Haltemittel (17) steuerbar sein, wobei dessen Haltekraft verändert wird. Während des Transports und ggf. auch während der Umformung des flexiblen Werkstücks (4) kann die Haltekraft
eingeschaltet sein und eine konstante oder ggf.
veränderliche Größe haben. Zum Abgeben des flexiblen
Werkstücks (4) oder zu anderen Zwecken kann die Haltekraft ausgeschaltet werden. Dies kann z.B. auf Adhäsion durch elektrostatische oder andere physikalische Effekte beruhen. Durch Anlegen einer Spannung an das Haltemittel (17) kann dessen Haltekraft verändert werden, insbesondere bedarfsweise ein- und ausgeschaltet werden. Entsprechende Effekte lassen sich z.B. durch eine veränderliche Temperatur des Haltemittels (17) und eine damit einhergehende Veränderung der
Haftkraft erzielen. Ferner kann das steuerbare Haltemittel (17) von einer Saugeinrichtung gebildet werden. In
weiterer Abwandlung kann das Haltemittel (17) auch durch eine Klemm-, Spanneinrichtung und/oder einen anderen mechanischen Haltemechanismus oder Ähnliches gebildet sein.
Auch das flexible Werkstück (4) kann eine Klebrigkeit (Tack) aufweisen. Diese kann dem Tack des Haltemittels (17) entsprechen oder hiervon abweichen. Der Tack des flexiblen Werkstücks (4) kann vorgegeben sein, z.B. durch Materialeigenschaften. Er kann auch einstellbar und ggf. veränderbar sein. Der Tack kann von verschiedenen Faktoren abhängig sein, z.B. von der Temperatur. Der Tack kann somit z.B. durch eine Steuerung der Umgebungstemperatur eingestellt und ggf. auch bedarfsweise verändert werden.
Wärmeenergie kann dem flexiblen Werkstück (4) über den Umformkopf (11) zu- oder abgeführt werde. Dies kann z.B. konduktiv über die Kontaktstelle an der Aufnahmeseite (14) bzw. über das Haltemittel (17) erfolgen. Dabei können durch die enstprechenden Temperaturen beide Täcks von Werkstück (4) und Haltemittel (17) gesteuert und
bedarfsweise eingestellt sowie verändert werden. Denkbar ist auch, dass der Umformkopf (11) keinen eigenen Tack aufweist, sondern nur das flexible Werkstück (4) . Das Haltemittel (17) kann dann ein Temperaturänderungsmittel sein, welches z.B. konduktiv bei anliegendem Werkstück (4) dessen Temperatur und entsprechend dessen Klebrigkeit durch Erwärmung und/oder Kühlung einstellen und ggf.
verändern kann.
Ferner kann der Umformkopf (11) eine vorgegebenen und konstanten Tack haben, wobei das Haltemittel (17) dennoch Temperaturveränderungsmittel aufweist, durch welche nur der Tack des flexiblen Werkstücks (4) eingestellt und ggf. verändert wird. Alternativ oder zusätzlich ist eine konduktive Wärmezufuhr auch aus der Umgebung, z.B. durch Heißgas, einen
Heizkörper oder dgl . möglich. Ferner ist eine Erwärmung des flexiblen Werkstücks (4) induktiv oder auf andere
Weise möglich, z.B. durch elektromagnetische
Wechselfelder, durch Bestrahlung oder dgl..
Der Stützkörper (19) weist gemäß Figur 6 bis 8 einen ringförmigen Stützrahmen (20) auf, der eine innenliegende Kammer (22) umgibt. Der Stützrahmen (20) ist auf der einen Seite mit dem Umformglied (12), insbesondere mit der
Vakuummatratze, und auf der anderen Seite mit einer
Stützplatte des Gestells (9) verbunden. Die Verbindungen können gasdicht sein. Die Kammer (22) kann als Fluidkammer ausgebildet und mit einer steuerbaren Fluidversorgung (25) verbunden sein. Mittels der Fluidversorgung (25) kann ein Fluid, insbesondere ein Gas, bevorzugt Luft, in die
Fluidkammer (22) eingespeist und andererseits aus der Kammer (22) abgesaugt werden. Der mittels der steuerbaren Fluidversorgung (25) veränderbare Kammerdruck wirkt auf die Rückseite des Umformglieds (12) . Bei Überdruck werden z.B. das Umformglied (12) und der Umformkopf (11)
gestrafft, in die definierte Ausgangslage oder -form gemäß Figur 1 gebracht sowie rekonfiguriert. Bei Unterdruck kann sich das Umformglied (12) unter äußerer Einwirkung beim Umformprozess verformen und in die Fluidkammer (22) hinein bewegen . Der Stützkörper (19), insbesondere sein Stützrahmen (20) kann dieser Bewegung bei der Verformung bedarfsweise folgen. Der Stützrahmen (20) kann hierfür ebenfalls steuerbar verformungsfähige sowie verfestigungsfähige und rekonfigurierbare Rahmenwände (21) aufweisen. Diese können z.B. als aufblasbare Schläuche und insbesondere auch als Vakuummatratzen in der vorbeschriebenen Weise mit
Granulatfüllung und Vakuumanschluss ausgebildet sein. Die Rahmenwände (21) sind vorzugsweise als gerade Seitenwände ausgebildet. Bei einer prismatischen Rahmenkontur können an den Rahmenecken flexible Eckteile (23), z.B. dehnbare Folien, angeordnet sein, welche die Seitenwände (21) über Eck gasdicht verbinden und deren Verformungsbewegungen folgen .
Das Umformglied (12) ist über ein oder mehrere
Führungsmittel (24) mit dem Gestell (9) verbunden. Die Führungsmittel (24) sind z.B. als Führungsstifte
ausgebildet, die sich senkrecht zur Hauptebene des
Umformglieds (12) in Ausgangsstellung und senkrecht zur Stützplatte des Gestells (9) erstrecken. Vorzugsweise ist eine zentrale und gerade Reihe von Führungsstiften (24) vorhanden. Die Führungsstifte (24) sind am Gestell (9) in einer definierten Form mit vorgegebenen Freiheitsgraden in einer oder mehreren der gezeigten Achsen x, y, z
ausweichfähig geführt. Die Führungsmittel (24) sorgen für eine reproduzierbare und definierte Lage des Umformglieds (12) bei der Verformung im Umformprozess . Sie können auch in der rekonfigurierten Ausgangsstellung nützlich sein. Insbesondere wird ein Scheren oder Verschieben parallel zur Stützplatte des Gestells (9) verhindert. Hierüber wird auch der nötige Lagebezug zum Gestell (9) und zum
Industrieroboter (3) in allen Prozessstellungen
hergestellt. Das Applikationswerkzeug (2) hat dadurch einen definierten Tool-Center-Point (TCP) .
Die Ausbildung des Formgebungswerkzeugs (5) und die verschiedenen Schritte des Aufnahme- und Umformprozesses sind in Figur 1 bis 4 dargestellt.
Das Formgebungswerkzeug (5) weist einen bevorzugt
stationär angeordneten Werkzeugträger (26) auf, an dem ein Formkörper (27) angeordnet ist. Der Formkörper (27) kann mehrfach vorhanden sein. In den gezeigten
Ausführungsformen ist der Formkörper (27) als Stempel oder Patrize ausgebildet und definiert die Positivform für die gewünschte Verformung des flexiblen Werkstücks (4), das dann eine entsprechende Negativform (18) erhält.
Der Formkörper (27) ist in einer wannenartigen Vertiefung des Werkzeugträgers (26) versenkt angeordnet. Die
Vertiefung bildet eine dem Formkörper (27) umgebende Kammer (30), die an einer Seite, insbesondere an der Oberseite, offen ist. Über diese Zugangsöffnung kann das Applikationswerkzeug (2) mit dem aufgenommenen Werkstück (4) zugeführt werden.
An der Zugangsöffnung ist bei den gezeigten
Ausführungsbeispielen ein flexibler Gegenhalter (28) für das zugestellte Applikationswerkzeug (2) und das
aufgenommene und gehaltene Werkstücke (4) angeordnet. Bei der Zustellung und bei der Verformung unterstützt der Gegenhalter (28) das Haltemittel (17).
Der Gegenhalter (28) kann in einer anderen Ausführungsform entfallen. Das Applikationswerkzeug (2) kann dann direkt an das Formgebungswerkzeug (5) , insbesondere an den
Formkörper (27) zugestellt werden.
Der gezeigte flexible Gegenhalter (28) ist z.B. als dünnwandige und biegeelastische Membran aus Kunststoff, z.B. Silikon, ausgebildet. Diese ist mittels einer
Fixierung (29) am Werkzeugträger (26) befestigt. Sie überspannt in der gezeigten Ausgangsstellung von Figur 1 und in gestreckter Lage die Zugangsöffnung. Die Fixierung (29) ist z.B. als Fixierrahmen ausgebildet, der die
Membran (28) randseitig festhält. Die Fixierung (29) bzw. der Fixierrahmen kann bedarfsweise gemäß Figur 4 gesteuert geöffnet, z.B. geschwenkt werden. Der Gegenhalter (28), insbesondere die Membran, hat eine geringere Klebe- oder Haftfähigkeit gegenüber dem
flexiblen Werkstück (4) als das Applikationswerkzeug (2). Das flexible Werkstück (4) kann dadurch nach dem
Umformvorgang wieder von dem Gegenhalter (28) gelöst und mit dem Applikationswerkzeug (2) abgehoben werden.
Andererseits ist die schwache Klebe- oder Haftkraft auch für den Umformprozess von Vorteil. wie Figur 1 verdeutlicht, wird zunächst das flexible
Werkstück (4) mit dem gestrichelt dargestellten
Applikationswerkzeug (2) von der Auflage (16) in ebener Lage aufgenommen und zum Formgebungswerkzeug (5)
transportiert sowie dort über der Zugangsöffnung zunächst schwebend positioniert und gegenüber dem Formkörper (27) ausgerichtet. Anschließend erfolgt eine Zustellbewegung des Applikationswerkzeugs (2) durch den Industrieroboter
(3) , wobei die Zustellbewegung bevorzugt gerade und senkrecht zur formgebenden Oberfläche des Formkörpers (27) ausgerichtet ist. Hierbei wird der ggf. vorhandene
Gegenhalter bzw. die Membran (28) kontaktiert und gemäß Figur 2 mitgenommen.
Bei der Zustell- und Vorschubbewegung kommt das
Applikationswerkzeug (2) mit dem aufgenommenen Werkstück
(4) in Kontakt mit dem Formkörper (27), wobei sich das Umformglied (12) und das Werkstück (4) an dessen
formgebende Konturen anpassen und anformen. Figur 3 zeigt diese Stellung mit der ausgebildeten Negativform (18) . Der optionale Gegenhalter (28) bzw. die dünnwandige Membran wird dabei entsprechend verformt und zwischen dem
Werkstück (4) und dem Formkörper (27) eingespannt. Ein taktiler Industrieroboter (3) mit seinen sensorischen Fähigkeiten ist bei der Zustellung und Verformung von Vorteil und kann anhand der detektierten Reaktionskräfte oder -momente den Prozess kontrollieren und bedarfsweise korrigieren . Die mit dem Gegenhalter (28) verschlossene Aufnahmeöffnung im Werkzeugträger (26) bildet eine gasdichte Fluidkammer (30), die mit einer Steuereinrichtung (32) für den
Fluiddruck in der Kammer (30) verbunden ist. Bei der
Zustellung des Applikationswerkzeugs (2) gemäß Figur 2 und 3 kann in der Fluidkammer (30) ein geeigneter Gegendruck durch das eingeschlossene Fluid, insbesondere Luft oder ein anderes Gas, gebildet werden, der ebenfalls das
Haltemittel (17) unterstützt und das Werkstück (4) an das Umformglied (12) andrückt. Der Gegendruck kann
entsprechend des Werkzeugvorschubs gemindert werden. Es kann bedarfsweise auch ein Unterdruck oder Saugdruck angelegt werden, insbesondere in der Endstellung von Figur 3.
In den gezeigten Ausführungsformen wird nach dem
Umformvorgang gemäß Figur 3 das Applikationswerkzeug (2) mit dem weiterhin aufgenommenen Werkstück (4) wieder entfernt, insbesondere angehoben. Anschließend wird auch der Gegenhalter (28) von der Zugangsöffnung entfernt, insbesondere hochgeschwenkt. Das dann erneut zugestellte Applikationswerkzeug (2) kann das verformte Werkstück (4) wieder zum Formkörper (27) zurückbewegen und dort noch einmal andrücken sowie ggf. abgeben.
Der Formkörper (27) kann eine größere Haft- oder
Klebekraft gegenüber dem Werkstück (4) als das Haltemittel (17) entwickeln. Hierdurch kann bei der Rückzugsbewegung das Werkstück (4) vom Applikationswerkzeug (2) gelöst werden und am Formkörper (27) verbleiben. Alternativ kann das Applikationswerkzeug (2) das aufgenommene und
verformte Werkstück (4) an anderer Stelle abgeben. Figur 2 bis 4 verdeutlichen außerdem das Verformungs- und Verfestigungsverhalten des Umformkopfes (11) bzw. des Umformglieds (12) . Bei der Zustellung und für den Umformprozess des flexiblen Werkstücks (4) wird das
Umformglied (12) durch entsprechende Ansteuerung
verformungsfähig gemacht. Bei Kontakt mit dem Formkörper (27) verformen sich das Werkstück (4) und das Umformglied (12) in entsprechender Weise und passen sich exakt an die maßgebliche Formkörperkontur an. Figur 4 zeigt die
Negativform (18) . Die Andrückkräfte beim Umformen und Kompaktieren mit dem Umformkopf (11) gemäß Figur 3 und 4 können durch eine entsprechende Druckführung in der
Fluidkammer (22) unterstützt werden.
Durch entsprechende Ansteuerung wird dann das Umformglied (12) in der verformten Stellung verfestigt. Es behält diese verfestigte Form auch beim Rückzug des
Applikationswerkzeugs (2) und bei einer ggf. erneuten
Zustellung nach Entfernen des Gegenhalters (28). Dieses Verformungs- und Verfestigungsverhalten findet auch bei der alternativen Ausführungsform ohne Gegenhalter (28) statt .
Bei der Übergabe des Werkstücks (4) an das
Formgebungswerkzeug (5) gemäß Figur 4 kann das verfestigte Umformglied (12) das aufgenommene Werkstück (4) definiert an den Formkörper (27) anlegen sowie andrücken und dabei gegebenenfalls auch noch etwas weiter verformen,
insbesondere kompaktieren und in die Endform bringen.
Nach Abgabe des Werkstücks (4) kann der Umformkopf (11) bzw. das Umformglied (12) in der vorbeschriebenen Weise rekonfiguriert und in die Ausgangslage gemäß Figur 1 für den nächsten Aufnahme- und Umformzyklus gebracht werden.
In den gezeigten Ausführungsformen ist der Umformprozess einstufig. In einer nicht dargestellten Variante kann er mehrstufig sein, wobei der Umformkopf (11) mit dem
aufgenommenen Werkstück (4) nacheinander verschiedenen Formgebungswerkzeugen (5) zugeführt wird und dort verschiedene Verformungsschritte ausgeführt werden. Der Umformkopf (11) bzw. sein Umformglied (12) kann bei den verschiedenen Verformungen jeweils in geeigneter Weise verformungsweich geschaltet und danach wieder verfestigt werden.
Figur 5 zeigt außerdem einen evtl. weiteren Prozessschritt nach der Verformung von Werkstück (4) und Umformkopf (11) bzw. Umformglied (12) gemäß Figur 3. Nach Entfernen des Applikationswerkzeugs (2) kann eine weitere Kompakt ierung und auch eine Verfestigung des auf dem Formkörper (27) verbliebenen Werkstücks (4) durch anderweitigen Pressdruck erfolgen . Hierfür kann z.B. im Bereich der Fluidkammer (30)
unterhalb der am verformten Werkstück (4) aufliegenden Membran (28) ein Vakuum erzeugt werden, welches die
Membran (28) an das abgegebene Werkstück (4) anpresst. Zudem kann das Formgebungswerkzeug (5) einen beweglichen Verschluss (31), insbesondere einen schwenkbaren Deckel für die Kammer (30) bzw. für die Zugangsöffnung im
Werkzeugträger (26) aufweisen. Der Verschluss (31) kann ebenfalls gesteuert bewegt werden. Zwischen dem Verschluss oder Deckel (31) in der Schließstellung und dem
Gegenhalter bzw. der Membran (28) wird ein weiterer abgedichteter Kammerbereich (33) gebildet. Hier kann ggf. ein Fluid, insbesondere Luft oder ein anderes Gas mit Druck eingespeist werden, um die vorerwähnte Saugwirkung im Kammerbereich unter der Membran (28) zu unterstützen.
In einer anderen und ebenfalls nicht dargestellten
Variante kann eine Kompakt ierung des verformten Werkstücks (4) durch einen separat zugestellten Druckstempel
erfolgen . Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Varianten beliebig
miteinander kombiniert und insbesondere auch vertauscht werden .
Der Umformkopf (11) kann konstruktiv in anderer Weise ausgebildet sein. Er kann z.B. eine dichte und
gleichmäßige Matrix von axial beweglichen Stiften
aufweisen, die bei axialer Zustellung entsprechend der formgebenden Kontur des Formkörpers (27) ausweichen und in ihrer jeweiligen Stellung in geeigneter Weise temporär fixiert, insbesondere geklemmt oder magnetisch fixiert werden. Die Ausweichbewegung kann durch Reibung oder auf andere Weise zur Herstellung eines angepassten
Verformungsverhaltens beeinflusst werden. Mittels einer Ausschubplatte kann die Ausgangslage rekonfiguriert werden, in der z.B. alle freien Stiftenden in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Auch das Formgebungswerkzeug (5) kann abgewandelt werden, in dem z.B. der Formkörper (27) eine konkave Form statt der gezeigten konvexen Form aufweist und als Vertiefung oder Matrize im Kammerboden ausgebildet ist. Das Verformen des flexiblen Werkstücks (4) und des verformungsfähig geschalteten Umformglieds (12) kann dann z.B. über den Stützkörper (19) bewirkt werden, z.B. durch einen deutlich erhöhten Innendruck in der Fluidkammer (22) . BEZUGSZEICHENLISTE
1 Applikationseinrichtung
2 Applikationswerkzeug
3 Industrieroboter
4 Werkstück, Faserverbundmatte, Preform
5 Formgebungswerkzeug, mould, Vorformwerkzeug
6 Bereitstellung, Ablage
7 Roboterarm
8 Abtriebsglied
9 Gestell
10 Anschluss
11 Umformkopf
12 Umformglied, Umformmatte, Vakuummatratze 13 Vakuumeinrichtung
14 Aufnahmeseite, Oberfläche
15 Gitterstruktur
16 Auflage
17 Haltemittel, Tack
18 Negativform
19 Stützkörper
20 Stützrahmen
21 Rahmenwand, Seitenwand
22 Fluidkammer
23 Eckteil
24 Führungsmittel, Führungsstift
25 Fluidversorgung
26 Werkzeugträger
27 Formkörper, Stempel, Positivform
28 Gegenhalter, Membran
29 Fixierung, Fixierrahmen
30 Kammer, Fluidkammer
31 Verschluss, Deckel
32 Steuereinrichtung für Fluiddruck
33 Kammerbereich

Claims

PATENTANSPRÜCHE Applikationswerkzeug für ein flexibles Werkstück (4), insbesondere einen Faserverbundkörper, wobei das Applikationswerkzeug (2) als Kombiwerkzeug zum flächigen Aufnehmen des flexiblen Werkstücks (4) und zum räumlichen Umformen des aufgenommenen Werkstücks (4) an einem externen Formgebungswerkzeug (5) ausgebildet ist und einen steuerbar
verformungsfähigen sowie verfestigungsfähigen und rekonfigurierbaren Umformkopf (11) aufweist, der einen Stützkörper (19) mit einem daran angeordneten steuerbar verformungsfähigen sowie
verfestigungsfähigen Umformglied (12) aufweist und wobei das Umformglied (12) mattenartig,
biegeelastisch und ggf. dehnfest oder dehnarm ausgebildet ist.
Applikationswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umformkopf (11) derart gesteuert ist, dass er sich gemeinsam mit dem flexiblen Werkstück (4) beim Umformen an einem externen Formgebungswerkzeug (5) verformt und anschließend in der verformten Lage verfestigt.
Applikationswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umformkopf (11) derart gesteuert ist, dass er sich nach Abgabe des flexiblen Werkstücks (4) in eine definierte Ausgangsform zurückverformt und rekonfiguriert. Applikationswerkzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der
Umformkopf (11) einen Anschluss (10) für einen
Industrieroboter (3) aufweist. Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Umformglied (12) als Vakuummatratze mit einer Vakuumeinrichtung (13) ausgebildet ist.
Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Vakuummatratze eine gasdichte, biegeelastische und ggf. dehnfeste oder dehnarme Hülle mit einer druckfesten Granulatfüllung und mit einem
Vakuumanschluss aufweist.
Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem flexiblen Werkstück (4) zugewandte
Aufnahmeseite (14) des Umformglieds (12) ein
Verformungsverhalten aufweist, welches an das
Verformungsverhalten des flexiblen Werkstücks (4) angepasst ist.
Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem flexiblen Werkstück (4) zugewandte
Aufnahmeseite (14) des Umformglieds (12) eine scherfähige Oberfläche aufweist.
Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Scherfähigkeit der Oberfläche an der
Aufnahmeseite (14) und die Scherfähigkeit der zugewandten Oberfläche am flexiblen Werkstück (4) einander entsprechen. Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die dem flexiblen Werkstück (4) zugewandte
Aufnahmeseite (14) des Umformglieds (12) eine Gitterstruktur (15) aufweist.
11.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gitterstruktur (15) des Umformglieds (12) der
Gitterstruktur des flexiblen Werkstücks (4)
entspricht .
12. ) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Gitterstruktur (15) des Umformglieds (12) zwischen flexiblen Folien eingebettet und als
Auflage (16) auf der Aufnahmeseite (14) ausgebildet ist .
13. ) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umformkopf (11) auf der Aufnahmeseite (14) ein bevorzugt flächiges Haltemittel (17) für das
flexible Werkstück (4) aufweist.
14.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Haltemittel (17) zur Einstellung der Haltekraft steuerbar ist.
15. ) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Haltemittel (17) als lösbare und ggf. steuerbare Klebe- oder Haftverbindung ausgebildet ist.
16. ) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Applikationswerkzeug (2) ein Gestell (9) für den Umformkopf (11) aufweist.
17.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Stützkörper (19) einen ringförmigen Stützrahmen (20) aufweist, der eine innen liegende Kammer (22) umgibt und mit dem Umformglied (12) verbunden ist.
18.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Stützrahmen (20) steuerbar verformungsfähige sowie verfestigungsfähige und rekonfigurierbare
Rahmenwände (21) aufweist.
Applikatlonswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Rahmenwände (21) als Vakuummatratzen mit einer Vakuumeinrichtung ausgebildet sind.
20.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Kammer (22) als abgedichtete Fluidkammer mit veränderbarem Kammerdruck ausgebildet und mit einer steuerbaren Fluidversorgung (25) verbunden ist.
21.) Applikationswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Umformglied (12) über Führungsmittel (24), insbesondere Führungsstifte, mit dem Gestell (9) verbunden ist. 22.) Applikationseinrichtung zum räumlichen Umformen
eines flexiblen Werkstücks (4), insbesondere eines Faserverbundkörpers, wobei die
Applikationseinrichtung (1) ein Applikationswerkzeug (2) aufweist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Applikationswerkzeug (2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 21 ausgebildet ist.
23.) Applikationseinrichtung nach Anspruch 22, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Applikationseinrichtung (1) ein Formgebungswerkzeug (5) mit einem Formkörper (27), insbesondere einem Stempel, zum Umformen des flexiblen Werkstücks (4) aufweist .
24.) Applikationseinrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die
Applikationseinrichtung (1) mehrere
Formgebungswerkzeuge (5) zum Vorformen und Endformen des flexiblen Werkstücks (4) aufweist.
25. ) Applikationseinrichtung nach Anspruch 22, 23 oder 24, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass die Applikationseinrichtung (1) einen mehrachsigen
Industrieroboter (3) zum Halten und Führen des Applikationswerkzeugs (2) aufweist. 26.) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Industrieroboter (3) als taktiler Roboter mit einer zugeordneten Sensorik ausgebildet ist, welche einwirkende äußere mechanische Belastungen
detektiert.
27.) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Formkörper (27) in einer Kammer (30) des
Formgebungswerkzeugs (5) angeordnet ist, an deren
Zugangsöffnung ein flexibler Gegenhalter (28), insbesondere eine Membran, für das zugestellte
Applikationswerkzeug (2) angeordnet ist. 28.) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Gegenhalter (28), insbesondere die Membran, eine geringere Haftfähigkeit gegenüber dem flexiblen Werkstück (4) als das Applikationswerkzeug (2) aufweist . 29.) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Formkörper (27) eine höhere Haftfähigkeit gegenüber dem flexiblen Werkstück (4) als das
Applikationswerkzeug (2) aufweist.
30. ) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Formgebungswerkzeug (5) eine Steuereinrichtung (32) für den Fluiddruck in der Kammer (30) aufweist.
31. ) Applikationseinrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 30, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das Formgebungswerkzeug (5) einen beweglichen
Verschluss (31), insbesondere einen schwenkbaren Deckel, für die Kammer (30) aufweist.
32.) Applikationsverfahren für ein flexibles Werkstück (4), insbesondere einen Faserverbundkörper, wobei das flexible Werkstück (4) mit einem als
Kombiwerkzeug ausgebildeten Applikationswerkzeug (2) flächig aufgenommen und an einem externen
Formgebungswerkzeug (5) räumlichen umgeformt wird, wobei der Umformkopf (11) einen Stützkörper (19) mit einem daran angeordneten steuerbar
verformungsfähigen sowie verfestigungsfähigen
Umformglied (12) aufweist und das Umformglied (12) mattenartig, biegeelastisch und ggf. dehnfest oder dehnarm ausgebildet ist. 33.) Verfahren nach Anspruch 32, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umformkopf (11) derart gesteuert wird, dass er sich gemeinsam mit dem flexiblen Werkstück (4) beim Umformen an einem externen Formgebungswerkzeug (5) verformt und anschließend in der verformten Lage verfestigt. 34.) Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass der Umformkopf (11) derart gesteuert wird, dass er sich nach Abgabe des flexiblen Werkstücks (4) in eine definierte Ausgangsform zurückverformt und rekonfiguriert.
35.) Verfahren nach Anspruch 32, 33 oder 35, dadurch
g e k e n n z e i c h n e t, dass das Werkstück (4) mit einem bevorzugt flächigen und in der Haltekraft gesteuerten Haltemittel (17) an der Aufnahmeseite (14) des Umformkopfs (11) gehalten wird.
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