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1. WO1988004271 - DISPOSITIF DE RECEPTION, DE TRANSPORT, DE POSITIONNEMENT ET D'ASSEMBLAGE DE PIECES A USINER FLEXIBLES ET PLATES

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[ DE ]

Vorrichtung zum Aufnehmen, Transportieren, Positionieren und Assemblieren eines flexiblen, flächigen Werkstückes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Assemblieren, Transportieren und Positionieren eines einzigen oder auch mehrerer flexibler, flächiger Werkstücke im trockenen, vorgetränkten oder nassen Zustand, mit einer Grundplatte und mindestens zwei zueinander parallel angeordneten Nadelbarren mit schräg nach unten weisenden, sich von der Seite her gesehen kreuzenden Nadeln, uiobei die Nadelbarren bei der Stechbeuiegung nur in der Richtung der Nadeln so auseinanderstrebend bewegt werden, dass das Werkstück von den Nadeln angestochen zwischen der Grundplatte und den Nadeln geschlossen aber in seiner Ebene ungespannt bleibt.

Solche Vorrichtungen werden für das Aufnehmen, Transportieren, Positionieren und Assemblieren von faserverstärkten Werkstoffen und für die Vereinzelung von gestapelten, vorzugsweise netz- oder vliesartigen, hauptsächlich porösen Werkstücken benötigt, um gewobene, gestrickte, gewirkte oder filzartige Gewebe, aber auch
Natur- und Kunstleder in den Konfektioniervorgang oder andere Behandlungs-, Veredelungs-, Fabrikations- oder Armierungsprozesse manuell, mechanisiert oder automatisiert miteinbeziehen zu können.

Nach dem Stand der Technik ist die Auffassung vorherrschend, dass eine derartige Vorrichtung die Werkstücke spannen und straffen muss. Nach dieser Maxime sind die Vorschläge in Konstruktion und Beschreibungen ausgerichtet. Um diesen gemeinsamen Nachteil verständlich zu machen, soll auf die Verarbeitung von feinen, sogenannten Oberflächenvlies-stoffen hingewiesen werden, die für die Erhöhung (Verdoppelung!) der Dauerschlagzähigkeit und Steigerung der chemischen Beständigkeit von faserarmierten Kunststoffen in Verwendung stehen. Solche Stoffe sollten, wie die Konfektionierung von Verbandszeug, steril behandelt werden, sie wären daher für die maschinelle Verarbeitung besonders geeignet. Ein Vliesstoff aus Polyesterfilament hat z.B.
bei 1^ Denier, 15 Gramm Gewicht pro Quadratmeter nur eine Dicke von 0,07 Millimetern. Selbst wenn die vorgeschlagenen Vorrichtungen solch feine Werkstücke fassen könnten, würden sie die feine Struktur der Filamente durch die angestrebte mechanische Spannung stellenweise raufen und somit so verändern, dass dadurch optisch störende Stellen der Oberfläche und Kerbstellen im Festigkeitstest auftreten würden. Aehnliches gilt z.B. für die Verarbeitung von feinem Leder, das aus zwangsweiser Verletzung der Oberfläche durch die Vorrichtungen nach dem Stand der Technik für die automatisierte Verarbeitung nicht einbezogen werden kann. Ausserdem soll ausdrücklich auf die Herstellung von Hochlβistungswerkstoffen hingewiesen werden, die trok- ken oder mit einem Matrix vorimprägniert (sogenannte Prepregs) vorgetränkt oder nass verarbeitet werden und ebenso wie die porösen Werkstoffe durch Unterdruck weder aufgenommen, transportiert noch positioniert werden können. Da bei diesen Werkstücken die Geometrie der Struktur über die spätere Güte der Festigkeit von entscheidender Bedeutung ist, soll das Aufnehmen und Festhalten dieser Werkstücke ebenfalls ohne mechanische Spannungen in ihrer Ebene erfolgen können.

Als Stand der Technik gilt die DE 3101705 mit vielen Literaturstellen. Die dort beschriebene Vorrichtung mit Nadelbarren und Nadelpaaren, von denen jeweils eine Nadel feststeht und die andere eine Bewegungskurve durchläuft, hat diesen Nachteil, da sie das Werkstück spannen und straffen will. Ausserdem ist sie nur durch eine umständliche Höhenverstellung an die Dicke der zu vereinzelnden Werkstücke anzupassen. Eine ähnliche Konstruktion der Vorrichtung ist ohne Hinweis auf die Notwendigkeit oder Möglichkeit einer Höhenverstellung in der Oesterreichischen Patentschrift 238640 beschrieben. Dabei werden mehrere Nadelbarren (dort Träger von Nadeln genannt) mit divergierenden, d.h. gekreuzten Nadeln an das Werkstück gedrückt und anschliessend gegenläufig bewegt, "so dass die Nadelspitzen ... in die Stoffläge (Werkstück) eindringen und eine Art Spreizwirkung ausüben, durch die die Stofflage (Werkstück) festgehalten wird" (S. 2, Zeile 27 - 28).

Die in der DE 3040197 vorgeschlagene Vorrichtung hat eine zentrale Höhenverstellung, somit lässt sie eine Anpassung an die Werkstoffdicken chargenweise zu, aber diese Einstellung kann nur empirisch erfolgen, d.h. die Nadeln sind an ihrer empfindlichsten Stelle bei der Einstellung gefährdet. Ausserdem ist die Art der Vereinzelung unbefriedigend, da die vorgeschlagenen Hohlnadeln per Definition keine spitzen Nadeln sein können und deshalb für das Anstechen von Werkstücken im allgemeinen ungeeignet sind. Diese Feststellung gilt besonders für trockene Werkstücke. Nasse und vorimprägnierte Werkstücke resp. deren Matrix würde die Hohlnadeln ausserdem noch verstopfen. Das System hat ferner den Nachteil, dass das Stechen der Nadeln nicht gesteuert werden kann, da die ganze Vorrichtung an das Werkstück gedrückt werden muss. Es ist nicht sichergestellt, dass nach dem Abheben der Vorrichtung vom Stapel die Nadeln im Zustand des Stechens verharren, da mit Ausnahme der Reibung der Dichtungen keine Kraft für die Bei- behaltung ihrer Lage wirksam ist. So fallen die Werkstücke erfahrungsgemäss beim schnellen Abheben der Vorrichtung wegen der Massenträgheit herunter. Durch diese Unzuverlässigkeiten sind diese Vorrichtungen besonders für den automatischen Betrieb ungeeignet, obwohl sie ganz besonders für diese. Betriebsart propagiert worden sind. Ausserdem ist der Verschleiss der Nadeln in den gebogenen Führungskanälen gross.

Mit Hilfe von gekrümmten Nadeln, die stirnseitig in konzentrisch zueinander angeordneten Hohlzylindern angebracht sind und zur Vereinzelung in entgegengesetzter Richtung zueinander gedreht werden, wird in den EP, Veröffentlichung 0187120 berichtet, wobei diese Vorrichtung Dank zentraler Höhenverstellung an die Dicke der zu vereinzelnden Werkstücke angepasst werden kann. Die präzise spiralförmige Bewegung der Nadelspitzen ermöglicht die schonende Behandlung des Werkstückes. Durch zunehmenden Verschleiss leidet aber die Präzision der Koaxialität und dadurch ist das Raufen der Werkstückes unvermeidlich. Da die Höhenverstellung ebenfalls nur empirisch vorgenommen werden kann, ist die ideale Geometrie der krummen Nadeln bei der Handhabung der Höhenverstellung sehr gefährdet. Weichen die Nadelkrümmungen von der Ideallinie der Spirale ab, dann verursachen sie beim Stechvorgang die Verletzungen des Werkstückes. Ein anderer Nachteil des Gerätes ergibt sich aus der runden Bauart, wobei als massgeblicher Ausεendurchmesser der gehäuseüberragende Verstellring gilt, für die in der Schrift DE 3040197 gezeigte gehäufte Anordnung der Vorrichtungen, insbesondere dann, wenn die Vorrichtungen nicht nur kettenartig, sondern dicht aneinander anzuordnen sind. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtungen ist die relativ komplizierte Bauart und der dadurch bedingte Aufwand der Vorrichtung, vorallem wenn man bedenkt, dass z.B. die erwähnte kettenartige Anordnung je nach Grosse des Werkstückes eine Vielzahl von Vorrichtungen je Arbeitsstation bedingt.

Die US-Patentschrift 4009786 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zylindrischer Bauart mit entlang der Mantellinie eines fiktiven Kegels nach unten weisenden und stechenden Nadeln. Dabei ist interessant, dass die Einstichtiefe der Nadeln zweistufig reguliert werden kann. Erstens ist es möglich, den gesamten Einstichbereich von 0 bis Maximum zu wählen, zweitens ist es möglich, diesen Gesamthub beliebig zu unterteilen. Durch diese Fähigkeit ist es möglich, in zwei Stapeln aufgeschichtete Werkstücke mit verschiedenen Dicken zu assemblieren und z.B. in einem dritten Stapel aufzuschichten. Solche Anwendungen sind in Polstereien z.B. anzutreffen, wo Sitzüberzüge mit Zwischenlagen und diversen Polsterstoffen zusammenzuführen sind. Ein Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass sie, um die Werkstücke nicht zu ver- lieren, durch das Zurückfedern eines zentral angeordneten Stöpsels ebenfalls spannt, wodurch die eingangs beschriebenen Nachteile entstehen. Es ist deshalb an den Einsatz solcher Vorrichtungen bei der Verarbeitung von feinem Leder, Kunstlederüberzügen oder aber feinen Vliesen kaum zu denken. Ausserdem können die Einstichtiefen nur empirisch eingestellt werden, wodurch die feinen Nadelspitzen, wie bereits erklärt, sehr gefährdet sind.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, stellt sich zur Aufgabe, eine Vorrichtung zum Aufnehmen, Assemblieren, Transportieren und Positionieren eines flexiblen, flächigen Werkstückes zu schaffen, bei der ohne merkbare Spuren auch feine und empfindliche Werkstücke betriebssicher vereinzelt, transportiert und positioniert werden können. Dabei soll die Vorrichtung trotz kleinen Abmessungen und kleinem Gewicht optimale Anbaumöglichkeiten an die Arbeitsstation, ideale Bedingungen für die unmittelbar verkettete Anordnung, gut zugängliche Höhenverstellung mit präziser Anzeige des Versteigertes für den Chargenbetrieb für eine Werkstoffdicke oder eine gesteuerte Höhenverstellung für diverse Werkstoffdicken einzelner oder mehrerer Schichten bieten. Ausserdem soll die Vorrichtung in ihrem Aufbau einfach und wenig aufwendig sein und die Möglichkeit der Erweiterung der Funktionen, insbesondere für die rechnergestützte Automation, z.B. für die Kontrolle des Ladezustandes, Messung der Werkstoffdicke und des Anpressdruckes der Grundplatte am Stapel ermöglichen. Ferner soll ausser der üblichen Betätigung mit Druckluft elektrischer Strom als Kraftquelle benützt werden können und schliesslich soll die Vorrichtung je nach Bedarf aus Gründen der Reinigung im Bereich der Nadeln und Nadelbarren durch eine Zuleitung eines Mediums, z.B. Druckluft oder einem flüssigen Reinigungs- und Spülmittel auch in einem automatischen Betrieb von Zeit zu Zeit gesäubert werden können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einer ausführungsdarstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung in isometrischer Darstellung mit integriertem pneumatischem Antrieb und Höhenverstellung für Chargenbetrieb,

Fig. 2 das Detail der Nadelbarren mit Höhenverstellung im Schnitt,

Fig. 3 die Vorrichtung bei eingezogenen Nadeln ohne
Grundplatte in isometrischer Darstellung, Fig. 4 die Vorrichtung bei ausgefahrenen Nadeln und
die demontierte Grundplatte in isometrischer
Darstellung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Aufnehmen, Transportieren, Positionieren und Assemblieren von flexiblen, flächigen Werkstücken zeigt eine quaderförmige Bauart mit Druckluftanschluss 6 und Gewindelöchern 8' und 8" für das Aufspannen an einen nicht gezeigten Handgriff oder an eine Arbeitsmaschine. Sie besteht aus einem Gehäuseoberteil 1 und Gehäuseunterteil 2 und einer an den Seiten des Gehäuseunterteils 2 hochgezogenen, versenkten Grundplatte 3, die durch die Schrauben 3' beidseitig befestigt ist. Sie weist einen beidseitig bedienbaren, in den Gehäuseoberteil teilweise versenkten Drehknopf 4 mit Rändelring und Nαnius-skala 4" und einem Nonius am Gehäuseoberteil 5 mit Hinweiszeichen für die Bedienung der Höhenverstellung 5' und 5" auf. Ausserdem zeigen die Pfeile 9' und 9" die Sichtrichtung des Schnittes für die Abbildung 2.

In Fig. 2 wird die Vorrichtung in unbetätigtem also ruhenden Zustand gezeigt. Darum ist der Kolben 10 mit der Gewindebüchse 11 nicht im Anschlag und die Rückstellfeder 12 nicht zusammengedrückt. Da die Ankerschraube 16 in eine Nut 17 der Gewindebüchse 11 hineingreift, wird die Gewinde- büchse 11 durch das Drehen des Drehknopfes 4, bestehend aus dem Rändelring mit Noniusskala 4", Gustierschraube 4" und Stützring 4', in die Höhe verstellt. Dabei wird die Drehbewegung in eine Längsbewegung umgewandelt, da die Gewindebüchse 11 durch die Ankerschraube 16 am Mitdrehen gehindert wird. Durch ein Feingewinde an der Gewindebüchse 11 und am Stützring 4' wird die Verstellbewegung so untersetzt, dass die Genauigkeit der Einstellung ohne weiteres ein Bruchteil von Hunderdstelmillimetern sein kann. Um die Ausgangslage mit dem Nonius 5 und der Noniusskala vom Rändelring 4" in Uebereinstimmung bringen zu können, ist der Rändelring mit Noniusskala 4" am Stützring 4' für die Montage drehbar gelagert. Erst wenn diese Uebereinstimmung erzielt worden ist, werden beide Bauteile durch die Dustierschraube 4'" zu einem Bauteil und somit zum Drehknopf vereint.

Die Kolbenstange 14 ist mit dem Führungsstück 15 durch einen Pressitz verbunden. Auf beiden Seiten des Führungsstückes 15, zwischen Führungsstück 15 und der Wand vom Gehäuseunterteil 2', 2" sind paarweise und sandwichartig Nadelbarren 20 angeordnet, die jeweils durch zwei gemeinsame Führungsbolzen 18', 18" getragen sind. Die Vertikalbewegung der Nadelbarren 20 wird durch einen gemeinsamen Führungsbolzen für die Vertikalbewegung 21 übernommen. Dieser Führungsbolzen für die Vertikalbewegung 21 wird in die Seitenwände des Gehäuseunterteils 2 eingelassen (vgl. Fig. 4) und gegen Verschiebung durch je eine Schraube 21' (vgl. Fig. 1) beidseitig gesichert. An dieser Stelle wird darauf verwiesen, dass die Nadelbarren 20, wie in den Fig. 2, 3 und 4 gezeigt, die gleiche Form haben, aber gegenüber einander gedre.ht montiert werden. Beim Einsatz von mindestens zwei Greifern kann es aber auch von Vorteil sein, die Greifer mit in die gleiche Richtung stechenden Nadelbarren 20 auszurüsten. In diesem Falle wird das Festhalten des Werkstückes dadurch erreicht, dass die Greifer gegenübereinander um 180° so verdreht werden, dass die Stechrichtung der Nadeln voneinander weist. Die Stechbewegung in Richtung der Nadeln 20' der Nadelbarren 20 kommt dadurch zustande, dass die vertikale Linearbewegung des Kolbens 10, der Kolbenstangs 14, des Führungsstückes 15 und der aus diesem Führungsstück 15 hervortretenden Führungsbolzen für die Horizontalbewegung 18' und 18" durch diese beiden Bolzen an die Nadelbarren 20 durch die Führungsnut 20" übertragen wird. An der Ausführung dieser vertikalen Linearbewegung werden die Nadelbarren 20 durch die im Gehäuseunterteil 2 verankerten Führungsbolzen für die Vertikalbewegung 21 durch die Führungsnut 20" gehindert, denn, dadurch dass diese parallel zu den Nadeln 20' verläuft, wird den Nadeln 20' nur eine Bewegung in Richtung der Nadeln 20' ermöglicht.

Die quaderförmige Bauart erlaubt die verkettete Anordnung solcher Vorrichtungen, denn wie die Oeffnungen der Grundplatte 3' in Fig. 4 zeigen, sind diese Oeffnungen gegenübereinander so versetzt, dass die über die Kontur des
Gerätes hinausgreifenden Nadeln trotz unmittelbarem Anbau der Geräte aneinander sich gegenseitig nicht an der Stechbewegung hindern.

Wird das Gehäuseoberteil 1 einer Vorrichtung so verlängert, dass der Drehknopf 4 mit mindestens einem nicht gezeigten Transmissionsglied z.B. durch die zahnscheibenartige Ausbildung des Stützringes 4' ergänzt wird, dann kann die gemeinsame Verstellung der Stechtiefe von mehreren Vorrichtungen ab dieser Master-Vorrichtung via Zahnriemen erfolgen, indem bei den anderen Vorrichtungen der Rändelring mit Noniusskala 4'' durch Zahnscheiben ersetzt wird.
Dabei können diese Zahnscheiben, wie der Rändelring mit Noniusskala 4'' mit Hilfe von Justierschrauben 4''' in die jeweils ideale Position befestigt werden.

Die quaderförmige Bauart ermöglicht den Anbau oder die Integration in den Gehäuseoberteil 1 und -unterteil 2 von Fühlern und Sensoren wie auch andere Geräte der Steuerung z.B. Tastschalter für die Rückmeldung des Ladezustandes oder einen Messkopf für die Dicke des Werkstückes oder der Werkstücke beim Assemblieren. Für den Fall, dass die Dicke der Werkstücke so verschieden ist, dass die Ein- stichtiefe je Werkstück angepasst werden soll, kann die Stechbewegung einer Vorrichtung z.B. durch einen dreh- zahlkontrollierten Spindelantrieb im offenen oder geschlossenen Regelkreis erfolgen.

Eine weitere Möglichkeit ist, die Verstellung der Stechtiefe der Vorrichtungen durch Transmission, wie bereits dargestellt, so zu verketten, dass diese durch einen gemeinsamen, in offenem oder geschlossenem Regelkreis geregelten Antrieb getrieben werden können.
Je nach Art des Werkstoffes können sich Werkstoffteile wie Filamente, Flusen, Anteile der Schlichte oder der Imprägnierung auf dem Gerät, insbesondere den Nadeln 20' und den Nadelbarren 20 wie auch auf deren Führungen ablagern. Uebermässige Ablagerungen dieser Art können zu Störungen durch Verklemmen oder zur Abnützung der Teile führen. Gegen solche Störungen wird das betriebsmässige Ausblasen mit z.B. Druckluft oder einem Reinigungsmedium des aus dem Führungsstück 15 und den Nadelbarren 20 und den Führungsbolzen 18', 18'' und 21 bestehenden Nadelkopfes 30 vorgeschlagen. Dazu können die Seitenwände der Grundplatte 3 entsprechende, nichtgezwigte Oeffnungen aufweisen. Eine andere Möglichkeit ist, den Greifer von Zeit zu Zeit in ein Reinigungsbad zu tauchen und mit einem Gas, z.B. Stickstoff, auszublasen.