(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維スクリムを製造するための繊維敷設機であって、該繊維敷設機は、
機械フレーム（１５）と、
水平方向のｘ方向で線状に走行可能なｘキャリッジ（２１）と、
成形工具（１２）を位置決めするための、前記ｘキャリッジ（２１）に配置され、かつ鉛直方向に延びる旋回軸線（２５）を中心として旋回可能な工具テーブル（２３）と、
成形工具（１２）に繊維（１３）を敷設するための、鉛直方向のｚ方向で前記工具テーブル（２３）の上方に配置された繊維敷設ヘッド（２６）と、
前記繊維敷設ヘッド（２６）によって敷設したい繊維（１３）を供給するための繊維供給ユニット（４２）と、を備え、
前記繊維敷設ヘッド（２６）は、ｙキャリッジ（２８）によって、前記ｘ方向に対して横方向に延びる水平方向のｙ方向で線状に走行可能であり、
前記機械フレーム（１５）は、機械ベッド（１６）を有しており、該機械ベッド（１６）は、前記ｘ方向および前記ｙ方向に延びており、該機械ベッド（１６）において、前記ｘキャリッジ（２１）が線状に走行可能であるかもしくはｘガイドレール（２０）が配置されていることを特徴とする、繊維スクリムを製造するための繊維敷設機。
【請求項２】
前記ｘキャリッジ（２１）は、ｘガイドレール（２０）において走行可能であり、該ｘガイドレール（２０）は、前記機械フレーム（１５）の積込み側（８）から前記機械フレーム（１５）の排出側（１０）にまで延びていることを特徴とする、請求項１記載の繊維敷設機。
【請求項３】
前記工具テーブル（２３）は、成形工具パレット（１４）を機械的に緊締および緊締解除するための複数の緊締ユニット（２７）を有していることを特徴とする、請求項１または２記載の繊維敷設機。
【請求項４】
前記工具テーブル（２３）に成形工具パレット（１４）を積み込み、かつ／または前記工具テーブル（２３）から成形工具パレット（１４）を排出するための、少なくとも１つのパレット操作ユニット（３７，３８）が設けられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項５】
前記機械フレーム（１５）は、前記ｙ方向に延びる少なくとも１つの横方向ビーム（１７，１８）を有しており、該横方向ビーム（１７，１８）に前記ｙキャリッジ（２８）が配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項６】
前記機械フレーム（１５）が、２つの横方向ビーム（１７，１８）を有しており、該横方向ビーム（１７，１８）は、前記ｘ方向で互いに間隔を空けていて、かつ該横方向ビーム（１７，１８）に、前記ｙキャリッジ（２８）が走行可能に配置されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項７】
前記ｙキャリッジ（２８）には、ｚキャリッジ（３１）が配置されており、該ｚキャリッジ（３１）は、前記ｚ方向で線状に走行可能であり、前記繊維敷設ヘッド（２６）は、前記ｚキャリッジ（３１）に配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項８】
前記繊維供給ユニット（４２）は、少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部（４３，４４）と、少なくとも１つの変向エレメント（５６）とを有しており、該少なくとも１つの変向エレメント（５６）は、前記繊維敷設ヘッド（２６）に対して相対的に、前記少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部（４３，４４）とは反対の側に配置されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項９】
前記繊維供給ユニット（４２）は、前記繊維（１３）に作用する引っ張り応力の変化を補償するための少なくとも１つのダンサマガジン（４８，４９）を有していることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項１０】
前記繊維敷設ヘッド（２６）は、機械ハウジング（５８）の内部に配置されており、
前記機械ハウジング（５８）の内室（５９）を空気調節するための空調ユニット（６３）が設けられており、
前記機械ハウジング（５８）には、前記積込み側（８）および前記排出側（１０）でハウジング開口（６０，６１）が形成されており、該ハウジング開口（６０，６１）はカバーエレメント（６２）により閉鎖可能であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載の繊維敷設機。
【請求項１１】
繊維スクリムを製造するための繊維敷設装置であって、該繊維敷設装置は、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の少なくとも２つの繊維敷設機（２）と、
搬送装置（４，５）であって、前記少なくとも２つの繊維敷設機（２）に成形工具パレット（１４）上に配置された成形工具（１２）を積み込み、かつ／または前記少なくとも２つの繊維敷設機（２）から、成形工具パレット（１４）上に配置された成形工具（１２）を排出するための搬送装置（４，５）と、
を備えることを特徴とする、繊維スクリムを製造するための繊維敷設装置。
【請求項１２】
繊維スクリムの製造法であって、以下のステップ、すなわち
工具テーブル（２３）および繊維敷設ヘッド（２６）を備える繊維敷設機（２）を用意するステップであって、該繊維敷設機（２）は請求項１から１０までのいずれか１項記載の繊維敷設機（２）として構成されている、ステップと、
成形工具パレット（１４）上に配置されている成形工具（１２）を前記工具テーブル（２３）に自動的に積み込む、自動的な積込みステップと、
前記成形工具（１２）に前記繊維敷設ヘッド（２６）によって繊維（１３）を敷設する敷設ステップと、
前記成形工具パレット（１４）上に配置されている、繊維（１３）を敷設された前記成形工具（１２）を、前記工具テーブル（２３）から自動的に排出する、自動的な排出ステップと、
を備えることを特徴とする、繊維スクリムの製造法。
【請求項１３】
前記自動的な積込みを、前記繊維敷設機（２）の積込み側（８）で行い、かつ前記自動的な排出を前記繊維敷設機（２）の排出側（１０）で行うことを特徴とする、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記繊維敷設機（２）への前記成形工具（１２）の積込みおよび／または前記繊維敷設機（２）からの前記成形工具（１２）の排出を、前記工具テーブル（２３）への前記積込みおよび／または前記排出、および／または繊維（１３）の敷設の間に並行して行うことを特徴とする、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】
前記自動的な積込みおよび前記自動的な排出のために、前記成形工具パレット（１４）を緊締ユニット（２７）によって前記工具テーブル（２３）上に機械的に緊締し、かつ緊締解除することを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記自動的な積込みおよび前記自動的な排出のために、前記工具テーブル（２３）がキャリッジ（２８）によって専ら１つの方向に沿って線状に走行することを特徴とする、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の繊維スクリムを製造するための繊維敷設機に関する。本発明はさらに、繊維スクリムの製造法に関する。
【０００２】
国際公開第２００９／０４２２２５号から、繊維スクリムを製造するための繊維敷設機が知られている。この繊維敷設機は、３軸式のテーブルを有している。この３軸式のテーブルは、繊維敷設ヘッドに対して相対的に鉛直方向の回転軸線を中心として回転可能であり、かつ２方向で線状に走行可能である。３軸式のテーブルには、負圧テーブルが配置されている。この負圧テーブルは、滑らかな工具表面として働く。繊維敷設ヘッドは、負圧テーブルの上方で固く機械フレームに配置されており、繊維テープのためのガイドレールを有している。ガイドレールは、直線駆動のアクチュエータにより、鉛直方向に移動可能であり、これにより繊維テープを工具表面へと搬送させることができる。
【０００３】
本発明の根底を成す課題は、簡単、フレキシブルかつ効率的な形式で繊維スクリムの製造を可能にする繊維敷設機を提供することにある。
【０００４】
本発明の課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する繊維敷設機により解決される。繊維敷設ヘッドが、ｙキャリッジにより工具テーブルの上方で水平方向のｙ軸線で線状に走行可能であることによって、工具テーブルは、繊維スクリムを製造するために、単にｙ方向に対して横方向もしくはｙ方向に対して直交して延びるｘ方向で線状に走行可能であり、かつ鉛直方向に延びる旋回軸線を中心として旋回可能であればよい。これによって任意の繊維配向を有する繊維スクリムを製造することができる。このような軸線配置によって、工具テーブルと、該工具テーブル上に配置された成形工具との簡単な位置決めが可能である。このことには、迅速な積込みおよび排出が結びついているので、この繊維敷設機は高い生産性を有している。特に、工具テーブルの専らｘ方向への走行性によって、簡単かつ迅速な自動的な積込みおよび排出が可能である。繊維敷設ヘッドは、単に線状に走行可能である、つまり繊維敷設ヘッドは鉛直方向に延びる旋回軸線を有していないので、繊維は準備中および供給中に捩られず、これにより繊維敷設ヘッドに簡単かつ迅速に、敷設したい繊維が供給され得る。
【０００５】
ｘキャリッジ、ｙキャリッジ、繊維敷設ヘッドおよび／または繊維供給ユニットは、有利には機械フレームに配置されている。繊維敷設ヘッドを工具テーブルもしくは該工具テーブル上に配置された成形工具に接近させるためには、繊維敷設ヘッドは有利には鉛直方向のｚ方向で線状に走行可能である。ｘキャリッジは、工具テーブルへの自動的な積込みおよび工具テーブルからの排出のために、有利には積込み側から排出側にまで線状に走行可能である。さらにｘキャリッジ上に配置された工具テーブルは、旋回軸線もしくはｚ軸線を中心として回転可能であり、この軸線はｃ軸線として形成されている。有利には繊維敷設ヘッドは交換可能である。
【０００６】
請求項２に記載の繊維敷設機は、繊維スクリムの効率的な製造を保証する。ｘキャリッジが機械フレームの積込み側から排出側にまで線状に走行可能であることによって、工具テーブルへの自動的な積込みおよび工具テーブルからの自動的な排出が行われる。このためには、工具テーブルは、特に収容部を有している。この収容部は、繊維を置くための成形工具を有する成形工具パレットをゼロポイント緊締システムもしくはゼロポイントクランプにより緊締する。特に、繊維敷設機には、主作業時間に対して並行して、つまり繊維敷設中に、成形工具もしくは成形工具を配置された成形工具パレットが積み込まれかつ／または排出され得る。工具テーブル上に配置された成形工具に繊維が敷設されているときに、一方では、繊維を敷設したい別の成形工具が既に工具テーブルへの積込みのために待機している。他方では、敷設された成形工具が、工具テーブルから排出され、繊維敷設機からのさらなる排出のために準備されている。この場合、工具テーブルは、繊維を敷設された成形工具のさらなる排出とは関係なく、別の繊維スクリムの製造のために使用可能であるか、もしくは使用される。したがって、繊維敷設機は、そのｘ軸線に沿って、積込みおよび排出のための領域を両端面に有していて、これらの領域の間で、つまりｙ軸線の下方に、繊維を敷設するための領域を有している。機械フレームは、有利には機械ベッドを有している。機械ベッドは、ｘ方向およびｙ方向に延びており、該機械ベッドにおいて、ｘキャリッジが線状に走行可能であるかもしくはｘガイドレールが配置されている。積込み側および排出側は、有利には工具テーブルに対して相対的に互いに反対に位置する側に配置されている。
【０００７】
請求項３に記載の繊維敷設機は、繊維スクリムの効率的な製造を保証する。工具テーブルが複数の緊締ユニットを有していることによって、成形工具パレットと、該成形工具パレット上に配置された成形工具とは、簡単かつ迅速に工具テーブルへの積込みのために緊締されかつ／または工具テーブルからの排出のために緊締解除され得る。緊締ユニットは、成形工具パレットを機械的に緊締し、たとえば、ゼロポイントクランプとして形成されている。緊締ユニットは電気機械式に、ハイドロリック式に、またはニューマチック式に操作可能であってよい。
【０００８】
請求項４に記載の繊維敷設機は、簡単かつ迅速な、工具テーブルへの積込みおよび／または工具テーブルからの排出を可能にする。有利には、第１のパレット操作ユニットが積込み側で、第２のパレット操作ユニットが排出側で機械フレームに配置されている。少なくとも１つのパレット操作ユニットは、特にパレットリフトユニットとして形成されている。パレットリフトユニットは、ｚ方向での成形工具パレットの昇降を可能にする。工具テーブルへの自動的な積込みのためには、第１のパレット操作ユニットにより、繊維を敷設したい成形工具を備えた成形工具パレットが上昇位置に準備される。空の工具テーブルは、ｘ方向で積込み側に向かって、かつ準備された成形工具パレットの下へと走行させられる。次いで、成形工具パレットは、第１のパレット操作ユニットによって降下させられ、成形工具パレットは、たとえば緊締ユニットにより緊締させられる。成形工具を積み込まれた工具テーブルは、いまやｘ方向で繊維敷設ヘッドに向かって走行させられ、成形工具パレット上に配置された成形工具には、繊維が敷設される。繊維敷設が終了すると、工具テーブルはｘ方向で排出側へと走行させられる。排出側には、第２のパレット操作ユニットが降下位置で位置している。排出のためには、成形工具パレットがたとえば緊締ユニットにより工具テーブルから解除される。成形工具パレットが、工具テーブルによって第２のパレット操作ユニット上に走行させられたことによって、成形工具パレットは、第２のパレット操作ユニットを降下位置から上昇位置へと移送することによって排出される。空の工具テーブルは、いまや再び、第１のパレット操作ユニットが別の成形工具パレットを準備している積込み側へと走行され得る。第２のパレット操作ユニットは、工具テーブルへの成形工具パレットの積込みに対して並行して、成形工具パレットを排出させられてよく、これによって第２のパレット操作ユニットは、工具テーブルからの次の排出のために準備されている。
【０００９】
請求項５に記載の繊維敷設機は、繊維スクリムの簡単かつ効率的な製造を保証する。横方向ビームは、ｙ方向への繊維敷設ヘッドの簡単な走行を保証し、この場合に工具テーブルの走行が阻害されることはない。このためには、少なくとも１つの横方向ビームの下方に、特に工具テーブルのための所属する通過開口が形成されているので、工具テーブルは、ｘ方向に沿って積込み側から排出側にまで走行可能である。少なくとも１つの横方向ビームは、有利には両端部で機械フレームの機械ベッドに結合されている。これにより、少なくとも１つの横方向ビームは、高い機械剛性を有しているので、簡単な形式で高い繊維敷設速度、ひいては繊維スクリムの製造時の高い生産性が得られる。
【００１０】
請求項６に記載の繊維敷設機は、繊維スクリムの簡単かつ効率的な製造を保証する。ｙキャリッジは、２つの横方向ビームにおいて走行可能に支承されているので、繊維敷設ヘッドは、これらの横方向ビームの間に配置されている。これによって、繊維敷設ヘッドに作用する力は機械フレームに導出されてよく、この場合に機械フレームが変形することはない。有利には、２つの横方向ビームは、その各端部で、機械フレームの機械ベッドに長手方向支持体によって取り付けられている。これによって、簡単かつ迅速な繊維敷設が可能にされる。
【００１１】
請求項７に記載の繊維敷設機は、各成形工具に対する繊維敷設ヘッドの簡単かつ迅速な接近を可能にし、特に三次元の繊維スクリムのフレキシブルな製造を可能にする。繊維敷設ヘッドは、ｚキャリッジによって特に少なくとも２００ｍｍ、特に少なくとも４００ｍｍ、かつ特に少なくとも６００ｍｍ、ｚ方向に走行可能である。三次元の繊維スクリムを製造するためには、繊維敷設ヘッドが接近のためだけにｚ方向に走行可能であるのではなく、繊維敷設中にも走行可能であるように、制御ユニットが構成されているので、成形工具の三次元の、つまり平坦ではない工具平面に繊維を敷設可能である。繊維敷設ヘッドは、繊維敷設中に、その行程の範囲で走行可能であり、特に少なくとも５０ｍｍ、特に少なくとも１００ｍｍ、特に少なくとも１５０ｍｍだけｚ方向に走行可能である。有利には、繊維敷設ヘッドは交換可能にｚキャリッジに配置されている。これによって、繊維敷設機の可用性ひいてはそのフレキシビリティおよび生産性が高められる。付加的に、繊維敷設ヘッドがｘ方向に対して平行に延びる旋回軸線を中心として旋回可能であってもよいので、ａ軸線が繊維敷設ヘッドの取付け部に形成されている。繊維スクリムは、これによりｚ軸線に沿って比較的に大きな寸法を有することができ、つまり強く屈曲されていてよい。
【００１２】
請求項８による繊維敷設機は、繊維スクリムの高速かつ効率的な製造を保証する。繊維敷設ヘッドは、繊維敷設時に一方向でｙ方向に運動させられる。少なくとも１つの変向エレメントと、少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部とが、繊維敷設ヘッドに対して相対的に互いに反対の側に配置されていることによって、敷設したい繊維は、繊維ヘッドからの出発位置もしくはｙキャリッジからの出発位置において、次の繊維敷設工程のために少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部から引き出されている。有利には、少なくとも１つの変向エレメントがｙキャリッジに配置されている。たとえば、少なくとも１つの変向エレメントは、ｙ方向で、少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部に対して、繊維敷設ヘッドよりも大きな間隔を有している。繊維が、繊維敷設ヘッドの出発位置において、つまり繊維敷設の開始時に、既に少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部から引き出されていることによって、繊維敷設ヘッドは繊維敷設時に迅速にｙ方向に走行され得る。繊維敷設ヘッドは繊維敷設中に少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部に向かって接近運動させられるので、繊維は、繊維敷設中に少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部からさらに送出されるもしくは引き出される必要がない。繊維敷設ヘッドが、１つの繊維敷設工程後に、再びその出発位置へ戻るように走行されると、繊維は次の繊維敷設工程のために少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部から引き出される。これによって、繊維をできるだけ均一に少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部から送出する可能性がさらに与えられ、この場合、動的な作用はダンサマガジンにより補償される。繊維は、引出し中に同時に敷設される必要がないので、この引出しは比較的に問題がない。有利には、繊維は、少なくとも１つの横方向ビームの上方で、少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部からガイドされる。少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部は、有利にはｘ方向で少なくとも１つに横方向ビームの隣に配置されているので、繊維はｘ方向で少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部からガイドされ、次いで支持フレームに配置されている少なくとも１つの変向エレメントにより、ｙ方向に変向させられる。この少なくとも１つの変向エレメントは、有利には鉛直方向の回転軸線を有する変向ローラとして形成されている。少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部に対して反対の側に位置する、特にｙキャリッジに配置された少なくとも１つの変向エレメントは、有利には、水平方向の回転軸線を有する変向ローラとして形成されている。有利には、繊維敷設機は、２つの繊維パッケージ貯蔵部を有している。これらの繊維パッケージ貯蔵部は、ｘ方向で少なくとも１つの横方向ビームの両側に配置されている。支持フレームは、有利には繊維パッケージ貯蔵部に取り付けられている。繊維敷設ヘッドに繊維を提供する２つよりも多くの繊維パッケージ貯蔵部が設けられていてもよい。
【００１３】
請求項９に記載の繊維敷設機は、簡単かつ迅速な繊維敷設を保証する。少なくとも１つのダンサマガジンは、繊維に作用する引っ張り応力の変化を均すので、繊維の引っ張り応力はほぼ一定のままである。これによって、繊維は、少なくとも１つの繊維パッケージ貯蔵部と繊維敷設ヘッドとの間の繊維経路に沿って安定されて、かつ動的な力作用は補償されるので、高い繊維敷設速度ならびに繊維切断速度が可能にされる。さらに、特に変向点もしくは変向エレメントによりｙ軸線およびｚ軸線において発生する繊維経路での反転ゆるみが補償される。
【００１４】
請求項１０に記載の繊維敷設機は、繊維スクリムのフレキシブルな製造を保証する。空調ユニットによって、機械ハウジングの内室が空気調節されてよく、これにより繊維スクリムの簡単かつフレキシブルな製造が可能にされる。積込み側および排出側のハウジング開口がカバーエレメントによって閉鎖可能であることにより、内室の空調は、工具テーブルの走行により阻害されない。カバーエレメントは、たとえばドアまたはシャッターとして形成されている。空調により、繊維敷設機は最適な加工条件を保証する。このことは特に、繊維もしくは含浸された繊維が親水性であり、かつ／またはその加工特性が温度によって変化する場合に有利である。この空気調節は特に、製造ホール全体が空気調節されなければならないことを回避する。
【００１５】
さらに本発明の根底を成す課題は、簡単でフレキシブルかつ効率的な形式で繊維スクリムの製造を可能にする繊維敷設装置を提供することにある。
【００１６】
この課題は、請求項１１の特徴部に記載の特徴を有する繊維敷設装置により解決される。搬送装置により、少なくとも２つの繊維敷設機への自動的な積込み、かつ少なくとも２つの繊維敷設機からの自動的な排出を行うことができる。このためには、成形工具は、特に成形工具パレット上に配置されている。繊維敷設機の外部における成形工具もしくは成形工具パレットの操作もしくは搬送は、たとえばローラ搬送システムまたはガントリーにより行われる。使用事例に応じて、これらのシステムと産業ロボットとの組み合わせが可能である。成形工具もしくは成形工具パレットは、特にガイド上を走行可能である。繊維敷設機は、互いに対して直列に、かつ／または互いに対して並列に配置されている。ガイドは、各繊維敷設機の積込み側および／または排出側に向かってガイドされている。本発明に係る繊維敷設装置は、繊維スクリムの製造時に高い生産性を有している。
【００１７】
さらに本発明の根底を成す課題は、簡単でフレキシブル、かつ効率的な形式で繊維スクリムの製造を可能にする方法を提供することにある。
【００１８】
この課題は、請求項１２の特徴部に記載の特徴を有する方法により解決される。本発明に係る方法の利点は、本発明に係る繊維敷設機もしくは本発明に係る繊維敷設装置の利点に相当する。本発明に係る方法は、特に請求項１から１１に記載の特徴により改良され得る。工具テーブルへの自動的な積込みおよび工具テーブルからの自動的な排出により、高い生産性を有する繊維スクリムの製造が可能にされる。繊維敷設機は、特に４軸式に形成されている。
【００１９】
請求項１３にかかる方法は、高い生産性を保証する。工具テーブルへの自動的な積込みおよび工具テーブルからの自動的な排出を繊維敷設機の異なる側で行うことによって、繊維を最後まで敷設された成形工具が排出される間に、繊維を敷設したい成形工具が準備され得る。これによって、積込みおよび排出のための短い副時間が達成される。
【００２０】
請求項１４に係る方法は、高い生産性を保証する。繊維敷設機への自動的な積込みおよび／または繊維敷設機からの自動的な排出が、繊維敷設に対して時間的に並行して行われることによって、副時間が減じられる。繊維敷設機の積込み側に配置された第１の操作ユニットには、たとえば搬送装置によって繊維を敷設したい成形工具が積み込まれる。成形工具は、特に成形工具パレット上に配置されている。第１の操作ユニットへのこの積込みは、工具テーブルに配置されている別の成形工具への繊維の敷設に対して主時間並行に行われ、かつ／または工具テーブルからの排出に対して並行して行われる。繊維敷設工程の終了後に繊維を敷設された成形工具は、第２の操作ユニットに向かって走行させられる。第２の操作ユニットは、繊維敷設機の排出側に配置されている。繊維を敷設された成形工具は、工具テーブルから第２の操作ユニットにより排出される。次いで工具テーブルは積込み側に向かって走行させられて、積込み側では、この工具テーブルには第１の操作ユニットにより、準備された成形工具が積み込まれる。次いで工具テーブルは再び繊維敷設ヘッドに向かって走行させられて、この繊維敷設ヘッドにおいて、この新たな成形工具に繊維が敷設される。第２の操作ユニットにより保持された、繊維を敷設された成形工具は、工具テーブルへの積込みおよび／または新たな成形工具への繊維の敷設中に、繊維敷設機から排出される。したがって、この排出は、工具テーブルへの積込みに対して時間的に並行して、かつ／または繊維敷設に対して主時間並行に行われる。繊維敷設機からの排出は、たとえば搬送装置によって行われる。成形工具は特に成形工具パレット上に配置されている。
【００２１】
請求項１５に係る方法は、工具テーブルへの簡単かつ迅速な積込みおよび工具テーブルからの簡単かつ迅速な排出を保証する。緊締ユニットによって、種々の成形工具を有する成形工具パレットは簡単で正確かつ迅速に緊締され、かつ緊締解除され得る。
【００２２】
請求項１６に係る方法は、工具テーブルへの簡単かつ迅速な積込みおよび工具テーブルからの簡単かつ迅速な排出を保証する。工具テーブルが専ら水平方向に、特に水平方向のｘ方向で線状に走行可能であることによって、工具テーブルもしくは該工具テーブル上に配置された成形工具の走行および位置決めが簡単かつ迅速に可能である。これによって、繊維敷設機の生産性が高められる。
【００２３】
本発明の別の特徴、利点および詳細は、複数の実施の形態の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】繊維スクリムを製造するための、互いに対して並列に配置された複数の繊維敷設機を備える、第１の実施の形態による繊維敷設装置の概略図である。
【図２】図１に示された繊維敷設装置の繊維敷設機の斜視図である。
【図３】図２に示した繊維敷設機の平面図である。
【図４】図３に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った繊維敷設機の断面を示す斜視図である。
【図５】繊維スクリムを製造するための、互いに対して直列に配置された複数の繊維敷設機を備える、第２の実施の形態による繊維敷設装置の概略図である。
【００２５】
以下に本発明の第１の実施の形態を図１から図４につき説明する。繊維敷設装置１は、繊維スクリム（布帛）３を製造するための複数の繊維敷設機２を有している。これらの繊維敷設機２は、同一構造を有している。図１では、繊維敷設装置１は、たとえば構造同一の６つの繊維敷設機２を有しており、これら６つの繊維敷設機２は２つのグループに分かれて配置されている。各グループは、互いに対して並列に配置された３つの繊維敷設機２を有している。
【００２６】
繊維敷設機２への自動的な積込みおよび繊維敷設機２からの自動的な排出のためには、繊維敷設装置１が搬送装置４，５を有している。搬送装置４，５は、たとえば複数の搬送キャリッジ４を有している。この搬送キャリッジ４は、ガイド５上で走行可能である。ガイド５は、収容箇所７から繊維敷設機２の各積込み側８へと延びている積込み区分６を有している。この積込み区分６上には、少なくとも１つの搬送キャリッジ４が走行可能に配置されている。ガイド５は、さらに排出区分９を有している。排出区分９は、繊維敷設機２の各排出側１０から下ろし箇所１１にまで延びている。排出区分９上には、少なくとも１つの搬送キャリッジ４が走行可能に配置されている。
【００２７】
搬送装置４，５によって、繊維１３を敷設されていない成形工具１２、つまり繊維１３を敷設したい成形工具１２は、収容箇所７から積込み側８へと走行可能であり、繊維１３を敷設された成形工具１２は、排出側１０から下ろし箇所１１へと走行可能である。成形工具１２は、成形工具パレット１４上に配置されている。繊維敷設機２は、同一の構造であるので、以下では複数の繊維敷設機２のうちの１つの繊維敷設機２について説明する。繊維敷設機２は、機械ベッド１６と、該機械ベッド１６に配置された横方向ビーム１７，１８とを備えた機械フレーム１５を有している。機械ベッド１６は実質的に、水平方向のｘ方向に、かつ該ｘ方向に対して直交する水平方向のｙ方向に延びている。横方向ビーム１７，１８は、ｙ方向に対して平行に、かつｘ方向で互いに間隔を空けて、機械ベッド１６上に配置されている。横方向ビーム１７，１８はそれぞれ、両端部において長手方向支持体１９によって機械ベッド１６のｚ方向で上方に配置されている。ｚ方向は、ｘ方向およびｙ方向に対して直交する方向に延びているので、ｘ方向、ｙ方向およびｚ方向は、デカルト座標系を形成する。
【００２８】
機械ベッド１６には、２つのｘガイドレール２０が配置されている。このｘガイドレール２０は、ｘ方向に延びており、ｙ方向で互いに対して間隔を空けて配置されている。これらのｘガイドレール２０には、ｘキャリッジ２１が支承されている。ｘキャリッジ２１は、ｘ駆動モータ２２によって、ｘ方向に沿って積込み側８と排出側１０との間を走行可能である。このためには、ｘガイドレール２０が、ｘ方向で機械ベッド１６全体に沿って延びている。ｘキャリッジ２１には、工具テーブル２３が配置されている。工具テーブル２３は、ｃ駆動モータ２４により鉛直方向に延びる旋回軸線２５を中心として旋回可能である。鉛直方向に延びる旋回軸線２５は、ｃ軸線とも呼ばれる。ｃ軸線２５は、ｚ方向に対して平行に延びている。工具テーブル２３は、ｘキャリッジ２１によって専らｘ方向で線状に走行可能である。
【００２９】
工具テーブル２３は、各成形工具１２を繊維敷設ヘッド２６に対して相対的に位置決めするために働く。各成形工具１２を有する成形工具パレット１４を機械的に緊締しかつ緊締解除するためには、工具テーブル２３は複数の緊締ユニット２７を有している。緊締ユニット２７は図３に概略的に図示されている。緊締ユニット２７は、基本的に公知であり、たとえばゼロポイントクランプとして形成されている。緊締ユニット２７は、電気機械式に、ハイドロリック式に、またはニューマチック式に操作可能である。
【００３０】
各成形工具１２の二次元または三次元の工具表面Ｓに繊維１３を敷設するためには、繊維敷設ヘッド２６が、工具テーブル２３のｚ方向で上方に位置決め可能である。繊維敷設ヘッド２６は、ｙ方向に沿ってかつｚ方向に沿って走行可能である。このためには、横方向ビーム１７，１８に、ｙキャリッジ２８が支承されている。ｙキャリッジ２８は、ｙ方向に沿って、ｙ駆動モータ２９によって線状に走行可能である。ｙキャリッジ２８は、横方向ビーム１７，１８の上面に配置されたｙガイドレール３０に支承されている。ｙキャリッジ２８は、横方向ビーム１７，１８の間に延びている。繊維敷設ヘッド２６のｚ方向に沿った走行のためには、ｙキャリッジ２８にｚキャリッジ３１が配置されている。ｚキャリッジ３１は、ｚガイドレール３２に支承されており、ｚ駆動モータ３３によりｚ方向に沿って走行可能である。ｚガイドレール３２は、ｚ方向に対して平行に延びており、ｘ方向で互いに間隔を空けている。
【００３１】
繊維敷設ヘッド２６は、ｚキャリッジ３１に配置されている。有利には、繊維敷設ヘッド２６は交換可能に取り付けられている。繊維敷設ヘッド２６は、専らｙ方向で線状に走行可能である。ｚキャリッジ３１における繊維敷設ヘッド２６の旋回は不可能である。択一的には、繊維敷設ヘッド２６は、ｘ方向に対して平行に延びる旋回軸線を中心として旋回可能であってよく、つまりａ軸線を形成することができる。これによって、比較的に強く湾曲された三次元の繊維スクリム３が製造され得る。
【００３２】
繊維敷設ヘッド２６は、ｚ方向に沿って、ｚキャリッジ３１により、少なくとも２００ｍｍだけ、特に少なくとも４００ｍｍだけ、かつ少なくとも６００ｍｍだけ線状に走行可能である。三次元の繊維スクリム３を製造するためには、繊維敷設機２の制御ユニット３４は以下のように構成されている。すなわち、繊維敷設ヘッド２６が、繊維１３を敷設している間にｚキャリッジ３１によって、その行程にわたって、少なくとも５０ｍｍだけ、特に少なくとも１００ｍｍだけ、かつ特に少なくとも１５０ｍｍだけ線状に走行可能であるようにされる。
【００３３】
工具テーブル２３をｘ方向に沿って走行させるためには、横方向ビーム１７，１８の下方に、かつ横方向ビーム１７，１８にそれぞれ所属する長手方向支持体１９の間で、工具テーブル２３のための通過開口３５，３６が形成されている。工具テーブル２３に成形工具パレット１４を自動的に積み込むためには、積込み側８に第１のパレット操作ユニット３７が配置されており、これに対して工具テーブル２３から成形工具パレット１４を自動的に排出するためには、排出側１０に第２のパレット操作ユニット３８が配置されている。操作ユニット３７，３８は、ｘ方向に沿った端部側で機械ベッド１６に取り付けられている。パレット操作ユニット３７，３８は、成形工具パレット１４の昇降のために働くリフトユニットとして形成されている。このためには、パレット操作ユニット３７，３８は、少なくとも３つの、特に少なくとも４つのリフトエレメント３９を有している。リフトエレメント３９は、ピストン４０を有している。ピストン４０は、所属するシリンダ４１内でｚ方向に沿って移動可能である。リフトエレメント３９は、電気機械式に、ニューマチック式に、またはハイドロリック式に操作可能である。特に、各パレット操作ユニット３７，３８に所属するリフトエレメント３９は、成形工具パレット１４を昇降させるために、制御ユニット３４によって同期的に操作される。
【００３４】
繊維敷設機２は、敷設したい繊維１３を供給するための繊維供給ユニット４２を有している。繊維供給ユニット４２は、２つの繊維パッケージ貯蔵部４３，４４を有している。この場合、第１の繊維パッケージ貯蔵部４３は、ｘ方向で第１の横方向ビーム１７の隣に配置されており、第２の繊維パッケージ貯蔵部４４は、第２の横方向ビーム１８の隣に配置されている。繊維パッケージ貯蔵部４３，４４は、ｙ方向の端部側で機械ベッド１６に取り付けられている。繊維パッケージ貯蔵部４３，４４は、繊維パッケージ４６のためにそれぞれ複数の繊維パッケージホルダ４５を有している。繊維パッケージ４６は、各繊維パッケージホルダ４５に配置されており、水平方向の各回転軸線４７を中心として回転可能に支承されている。水平方向の各回転軸線４７は、ｙ方向に対して平行に延びている。繊維１３は、ガイドローラの形態のガイドエレメント５０を介して各ダンサマガジン４８，４９に供給可能である。ダンサマガジン４８，４９は、繊維１３に作用する引っ張り応力の変化を補償するために働く。各ダンサマガジン４８，４９は、変向ローラの形態の変向エレメント５１を有している。これらの変向エレメント５１は、ｚ方向に沿って移動可能であり、かつ重量によって繊維１３にプリロードをかけている。変向エレメント５１は、ダンサとも呼ばれる。変向エレメント５１の移動により、動的影響が補償可能である。このような動的影響は、一方では繊維パッケージ４６の慣性により引き起こされ、他方では、繊維１３の敷設中に個別の繊維１３が切断した場合に繊維１３の不均一な搬送によって生じる。繊維１３は、ガイドローラの形態のガイドエレメント５３を介して変向可能であり、かつ各繊維パッケージ貯蔵部４３，４４から出るようにガイド可能である。変向エレメント５１の位置は、ダンサマガジン４８，４９の運転中に調節される。このためには、変向エレメント５１のｚ方向への変向を検知するセンサ５２が働く。繊維パッケージホルダ４５に制御可能なブレーキが備えられていることにより、ｚ方向への変向は、目標位置に関して制御される。
【００３５】
繊維１３は、繊維パッケージ貯蔵部４３，４４からｘ方向で進出し、かつ鉛直方向の変向軸線を形成する、鉛直方向に配置された変向エレメント５４によって、ｙ方向へと変向させられる。変向エレメント５４は、変向ローラとして形成されている。これらの変向エレメント５４は、支持フレーム５５に支承されている。支持フレーム５５は、繊維パッケージ貯蔵部４３，４４の間に取り付けられている。ｙキャリッジ２８の、繊維敷設ヘッド２６および繊維パッケージ貯蔵部４３，４４とは反対の側には、変向ローラの形態の水平方向の変向エレメント５６が配置されている。この変向エレメント５６は、繊維１３をまずはｙ方向からｚ方向に、次いでｚ方向から再びｙ方向へと変向させる。変向エレメント５６は、水平方向の変向軸線を形成する。ｙキャリッジ２８と繊維パッケージ貯蔵部４３，４４との間には、ｚキャリッジ３１の上方で、別の水平方向の変向エレメント５７が配置されている。変向エレメント５７は、水平方向の変向軸線を形成し、繊維１３をｙ方向からｚ方向に繊維敷設ヘッド２６へ向かって変向させる。変向エレメント５７は、変向ローラとして形成されている。繊維敷設ヘッド２６の構造は公知である。
【００３６】
繊維敷設機２は、機械ハウジング５８を有している。機械ハウジング５８は、図３および図４にのみ示されている。機械ハウジング５８は、１つの内室５９を画成する。内室５９には、横方向ビーム１７，１８を有する長手方向支持体１９と、ｙキャリッジ２８と、ｚキャリッジ３１と、繊維敷設ヘッド２６とが配置されている。機械ハウジング５８は、積込み側８に向かって第１のハウジング開口６０を有しており、排出側１０に向かって第２のハウジング開口６１を有している。これらのハウジング開口６０，６１は、各カバーエレメント６２によって密に閉じられ、かつ開放され得る。ハウジング開口６０，６１および該ハウジング開口６０，６１に属するカバーエレメント６２は、図３に単に概略的に示されている。これらのカバーエレメント６２は、たとえばドアまたはシャッターとして形成されている。
【００３７】
内室５９の空気調節のために、繊維敷設機２は、空調ユニット６３を有している。空調ユニット６３は、機械ベッド１６上に配置されている。内室５９へ入室するためには、別の２つのハウジング開口６４，６５が機械ハウジング５８に形成されている。これらのハウジング開口６４，６５は、それぞれ隣接する長手方向支持体１９の間で内室５９に開口している。ハウジング開口６４，６５は、ドア６６により閉鎖可能である。
【００３８】
繊維敷設装置１および繊維敷設機２の運転形式は以下のとおりである。
【００３９】
繊維敷設機２には、搬送装置４，５により自動的に成形工具パレット１４が積み込まれる。成形工具パレット１４上には、繊維を敷設したい成形工具１２が配置されている。このためには、少なくとも１つの搬送キャリッジ４が、ガイド５の積込み区分６の収容箇所７から複数の繊維敷設機２の各積込み側８へと走行する。
【００４０】
積込みは、以下のように行われる。すなわち、搬送装置４，５が、成形工具パレット１４を第１のパレット操作ユニット３７に供給する。第１のパレット操作ユニット３７は、有利には上昇位置にある。第１のパレット操作ユニット３７が上昇位置に位置していない限り、この第１のパレット操作ユニット３７は、積込みの前後に上昇位置へと移送される。各繊維敷設機２への積込みは、繊維１３の敷設および／または工具テーブル２３からの排出に対して時間的に並行に行われる。
【００４１】
第１のパレット操作ユニット３７が積込み側８において、繊維を敷設したい成形工具１２を準備する間に、繊維敷設ヘッド２６により繊維スクリム３が製造される。このためには、成形工具パレット１４と、該成形工具パレット１４上に配置された成形工具１２とは、工具テーブル２３上に緊締ユニット２７により緊締されている。工具テーブル２３は、繊維敷設中に、ｘキャリッジ２１によってｘ方向に沿って線状に走行されて、所望の繊維配向を達成するために、ｃ駆動モータ２４により旋回軸線２５を中心として旋回させられる。さらに、繊維敷設ヘッド２６は、繊維敷設時に、ｙキャリッジ２８によってｙ方向に沿って走行し、かつｚキャリッジ３１によってｚ方向に沿って走行する。繊維敷設ヘッド２６のｚ方向の走行により、特に３次元の繊維スクリムが製造可能である。
【００４２】
繊維スクリム３の製造終了後に、ｘキャリッジ２１は、ｘ方向で排出側１０に向かって走行させられる。排出側１０では、第２のパレット操作ユニット３８が降下位置に位置している。成形工具パレット１４の自動的な排出のためには、成形工具パレット１４は、緊締ユニット２７によって工具テーブル２３から解除される。次いで、第２のパレット操作ユニット３８のリフトエレメント３９は、降下位置から上昇位置へと移送されるので、敷設が完了した成形工具１２を有する成形工具パレット１４は、自動的に工具テーブル２３から排出される。
【００４３】
次いで、ｘキャリッジ２１は、排出側１０から積込み側８へと走行する。積込み側８では、第１のパレット操作ユニット３７が、上昇位置で、次の成形工具パレット１４を用意している。工具テーブル２３が成形工具パレット１４の下方に位置していると、第１のパレット操作ユニット３７のリフトエレメント３９が上昇位置から降下位置へと移送され、これにより成形工具パレット１４は、工具テーブル２３上に配置される。成形工具パレット１４は、次いで緊締ユニット２７により工具テーブル２３上に緊締される。工具テーブル２３は、今や次の繊維敷設プロセスのためにｘ方向で繊維敷設ヘッド２６に向かって走行させられるので、この繊維敷設ヘッド２６は新たな繊維敷設プロセスを開始することができる。第１のパレット操作ユニット３７のリフトエレメント３９は、新たな積込みのために再び上昇位置へと移送される。
【００４４】
繊維敷設機２からの自動的な排出は、搬送装置４，５によって行われる。搬送装置４，５は、各排出側１０から下ろし箇所１１へとガイドされる。各繊維敷設機２からの排出は、成形工具パレット１４と該成形工具パレット１４上に配置された、繊維を敷設したい成形工具１２とを工具テーブル２３に積み込む間に、かつ／または成形工具１２に繊維１３を敷設する間に、時間的に並行して行われる。排出のためには、搬送キャリッジ４が、成形工具パレット１４と該成形工具パレット１４上に配置された成形工具１２とを第２のパレット操作ユニット３８から引き取って、ガイド５の排出区分９上の各排出側１０から下ろし箇所１１へと走行する。第２のパレット操作ユニット３８のリフトエレメント３９は、排出後に降下位置へと移送されるので、再び工具テーブル２３からの排出が行われ得る。
【００４５】
空気調節された機械ハウジング５８のハウジング開口６０，６１は、主にカバーエレメント６２によって閉じられており、工具テーブル２３が積込み側８から繊維ヘッド２６に走行させられるか、または繊維ヘッド２６から排出側１０に走行させられるか、または排出側１０から積込み側８に走行させられる場合にのみ開放する。
【００４６】
繊維敷設ヘッド２６がｙ方向で繊維パッケージ貯蔵部４３，４４に向かって走行させられると、繊維１３の敷設が一方向で行われる。この走行プロセスは、鉛直方向の変向エレメント５４と水平方向の変向エレメント５６との間の間隔を短くするので、繊維敷設プロセス中に、繊維パッケージ貯蔵部４３，４４から繊維１３が引き出される必要はない。これによって、繊維敷設は比較的迅速に行われる。繊維敷設ヘッド２６が繊維パッケージ貯蔵部４３，４４から離れるように戻り走行すると、繊維１３は次の敷設プロセスのために繊維パッケージ貯蔵部４３，４４から引き出される。繊維１３の引っ張り応力の変動は、ダンサマガジン４８，４９により補償される。
【００４７】
以下には、図５につき、本発明の第２の実施の形態を説明する。第１の実施の形態との差異は、繊維敷設機２が、２つのグループで互いに対して直列に配置されていることにある。ガイド５は、搬送キャリッジ４が各積み込み区分６および各排出区分９を介して、各繊維敷設機２の積込み側８および排出側１０に走行可能であるように、形成されている。各繊維敷設機２の繊維パッケージ貯蔵部４３，４４は、１つの中間室６７に向かう側に配置されている。中間室６７は、複数の繊維敷設機２の２つの列により形成されている。中間室６７内には、たとえば、繊維パッケージ４６を備えたストック貯蔵部が配置されており、これにより、繊維パッケージ貯蔵部４３，４４に繊維パッケージ４６を新たに備えることができる。繊維敷設装置１および繊維敷設機２の別の構造および別の機能形式は、前述の実施の形態を参照されたい。
【００４８】
一般的には以下のことが云える。繊維敷設機２は、トウプレグ（Towpreg）材料および／またはスリットトウ（SlitTow）材料および／またはバインダを備え得る乾燥した繊維１３から成る繊維積層体の敷設を可能にする。繊維１３は、有利には炭素繊維および／またはガラス繊維である。繊維スクリム３は、任意の繊維配向および／または輪郭で製造され得る。繊維敷設機２は、自立式に機能する。繊維敷設機２への積込みまたは繊維敷設機２からの排出のために、繊維敷設装置１は、上位の制御装置を有していてよい。繊維敷設機２は、高い生産性を達成するために、特にタイミング制御された生産ラインに結びつけられている。各繊維敷設機２は、４軸式に形成されている。繊維敷設ヘッド２６が付加的なａ軸線を中心として旋回可能である場合、各繊維敷設機２は、５軸式に形成されている。各繊維敷設機２によって、二次元の繊維スクリム３だけでなく、三次元の繊維スクリム３も製造され得る。繊維敷設ヘッド２６は、２つの軸線上を線状に走行可能である。特に、繊維敷設ヘッド２６は、専ら２つの軸線、つまり水平方向のｙ軸線および鉛直方向のｚ軸線上を線状に走行可能である。工具テーブル２３は、１つの軸線上で線状に走行可能であり、旋回軸線２５を中心として旋回可能である。特に、工具テーブル２３は、専らｘ軸線上を線状に走行可能であり、かつ鉛直方向のｃ軸線を中心として旋回可能である。この軸の組み合わせは、任意の繊維配向および／または輪郭を備えた二次元および三次元の繊維スクリム３の簡単でフレキシブルかつ効率的な製造を可能にする。
【００４９】
繊維敷設ヘッド２６は、複数の繊維を送り出すように形成されていて、運動している繊維１３の切断、繊維１３のコーミングおよび駆動のような別の機能を有している。各機能は、繊維１３のために個別に使用可能である。繊維敷設ヘッド２６は、メンテナンスの目的で交換可能である。繊維敷設機２および／または工具テーブル２３への積込みは自動的に行われる。このためには、搬送装置４，５およびパレット操作ユニット３７が設けられている。相応して、工具テーブル２３および／または繊維敷設機２からの排出は自動的に行われる。このためには、パレット操作ユニット３８と、搬送装置４，５とが設けられている。搬送装置４，５は、ガイド自体によって成形工具１２もしくは成形工具パレット１４が走行可能であるように形成されていてもよい。このためには、ガイドは、たとえばローラコンベアまたはベルトコンベアを形成している。この場合、搬送キャリッジは不要である。パレット操作ユニット３７，３８は、たとえばパレット交換器である。繊維敷設機２には、互いに反対に位置する２つの側から、積込みおよび排出のためにアクセス可能である。特に、成形工具パレット１４は、繊維敷設機２によって完全に充填され得る。この充填によって、繊維敷設機２は、タイミング制御された生産ラインに組み込まれることに適している。繊維敷設機２で、たとえば１５００ｍｍｘ１５００ｍｍｘ１００ｍｍのサイズを有する繊維スクリム３を製造することができる。このような繊維スクリム３は、たとえば自動車産業において使用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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