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Kraftkonstantes Anpressen des Geflechtschlauches in der automatisierten Herstellung von Flechtbauteilen

Kurzfassung

Am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart wurde ein flexibler Anpresswalzenmechanismus für Flechtmaschinen entwickelt, der auch bei Bauteilen mit kleinen Krümmungswinkeln oder größeren Querschnittsänderungen die Geflechtablage in der automatisierten Herstellung signifikant verbessert.
Beim Umflechten eines Flechtkerns sorgt dabei die flexible Lagerung der Anpresswalzen dafür, dass sich die Anpresswalzen sowohl an eine Schrägstellung als auch eine Querschnittsänderung des Flechtkerns anpassen, und am Flechtring eine konstante, genau definierte Kraft auf das Geflecht ausgeübt wird.
Im automatisierten Prozess übernimmt die Robotersteuerung der Flechtmaschine die Ansteuerung der Anpresswalzen. Die Geflechtablage bei Bauteilen mit variablem Querschnitt und Krümmungen wird dadurch ohne manuelles Nachführen signifikant verbessert.

Hintergrund

Der Einsatz von Schlauchgeflechten aus Faserverbundwerkstoffen ist nicht nur in der Automobilindustrie weit verbreitet. Der neuartige Anpresswalzenmechanismus für Flechtmaschinen bietet bei der Herstellung von schlauchartigen Bauteilen durch Umflechten eines Flechtkerns die Möglichkeit, auch kleine Krümmungswinkel oder größere Querschnittsänderungen automatisiert zu realisieren.

Problemstellung

Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen mittels robotergestützter Umflechttechnik werden herkömmlich Flechtringe eingesetzt, die den entstehenden Geflechtschlauch so nahe wie möglich an den Flechtkern heranführen, um eine hohe Bauteilqualität zu gewährleisten.
Teilweise werden adaptive Flechtringe genutzt, um gerade, schlauchartige Geflechte mit unterschiedlichem Querschnitt entlang der Längsachse herzustellen. Der Durchmesser des Flechtringes wird an den Querschnitt des Kerns angepasst, so dass der Umlenkpunkt der Fasern immer so nahe wie möglich an der Bauteilachse liegt.
Insbesondere bei gebogenen Kerngeometrien reicht die Änderung des Flechtring-Durchmessers jedoch oft nicht aus, da es im Krümmungsbereich zum Aufspannen des Geflechtes auf dem äußeren Bauteilradius, zum Abspannen des Geflechtes am inneren Bauteilradius kommt. Um dies zu vermeiden, muss das Geflecht manuell an den Flechtkern angedrückt werden. Neben hohem Personalaufwand hat diese Methode den Nachteil, dass sie für Serienfertigung ungeeignet ist, weil das Ergebnis nicht exakt reproduziert werden kann.

Lösung

Am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart wurde ein flexibler Anpresswalzenmechanismus entwickelt, der automatisiert den entstehenden Geflechtschlauch mit konstanter, definierbarer Kraft an den Flechtkern andrückt, sodass ein Auf- und Abspannen bei Flechtkernen mit Krümmungen oder größeren Querschnittsänderungen verhindert wird.
Auf einer Flechtringplatte sind flexibel gelagerte, rotierende Anpresswalzen montiert. Die Anpresswalzen können sich aufgrund ihrer Lagerung sowohl an eine Schrägstellung als auch an eine Querschnittsänderung des Flechtkerns anpassen. Sie üben am Flechtring eine konstante, genau definierte Kraft auf das Geflecht aus und pressen es dadurch an den Flechtkern. Da die Anpresswalzen auf dem entstehenden Geflechtschlauch abrollen, entstehen keine Reibungsschäden am Geflecht.
Im automatisierten Prozess übernimmt die Robotersteuerung der Flechtmaschine die Ansteuerung der Anpresswalzen. Die Geflechtablage bei Bauteilen mit variablem Querschnitt und Krümmungen wird – ohne manuelles Nachführen – dadurch signifikant verbessert.

Anpresswalzenmechanismus (Foto: IFB - Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart)
Anpresswalzenmechanismus (Fotos: IFB - Institut für Flugzeugbau, Universität Stuttgart)
Anpresswalzenmechanismus integriert in eine Radialflechtmaschine.

Vorteile

  • Vollautomatisierter Flechtprozess auch bei Bauteilen mit Krümmung und Querschnittänderung
  • Verbesserte, reproduzierbare Geflechtqualität
  • Integration der Anpresswalzensteuerung in die Robotersteuerung der Flechtmaschine
  • Flexible Lagerung der Anpresswalzen verhindert An- und Abspannen im Krümmungsbereich
  • Einfache, schnelle und flexible Einbindung in bestehende Flechtmaschinen

Anwendungsbereiche

Automatisierte Herstellung von Bauteilen durch Umflechten eines Flechtkerns auch bei Querschnittsänderungen und Krümmungswinkeln.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Hubert Siller
Technologie-Lizenz-Büro (TLB)
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
siller(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Idee / TRL1
Patentsituation
DE 102014212063 A1 anhängig
EP 3161197 B1 erteilt,
AT, DE, FR validiert
Referenznummer
14/015TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.