Entwicklung von Roboter-Endeffektoren zur automatisierten Herstellung textiler Preforms für Faserverbundbauteile

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Endeffektorsystem als Bindeglied zwischen dem arbeitenden Roboter und dem Werkstück (trockene Textilhalbzeuge z.B. Gewebe oder Gelege aus Glas- oder Carbonfasern) für die automatisierte Herstellung von Preforms entwickelt, realisiert und erprobt. Das Endeffektorsystem besteht aus drei Komponenten, einem adaptiven Greifsystem für die Werkstückhandhabung, einem Doppelwerkzeugwechsler (DWW) für Drapiervorgang der Halbzeuge und einem einseitigen Nähkopf für das Zusammenfügen der Halbzeuge.Das Greifersystem ist in der Lage, die biegeschlaffen Textilhalbzeuge beschädigungsfrei zu greifen, zu manipulieren und möglichst faltenfrei in ein 3D-Formwerkzeug einzulegen. Als Greifprinzip wurde hier den Gefriergreifer verwendet. Zum Manipulieren der gegriffenen Halbzeuge weist das Greifersystem die erforderlichen Freiheitsgrade auf. Als Demonstrator für diese Handhabungsaufgabe wurde ein Dachteil eines Cabrio PKW ausgewählt.Zur Reduzierung der Umrüstarbeiten bei der Herstellung von textilen Preforms, wie die Werkzeugwechselzeiten am Roboterflansch, wurde ein neuartiger Doppelwerkzeugwechsler entwickelt und realisiert, damit der Roboter zwei Werkzeuge mitführen und sie in der Arbeitsposition wechseln kann. Ein Prototyp wurde zur Automatisierung des Drapiervorgangs der Halbzeuge im Formwerkzeug vorgestellt.Die dritte Komponente des Endeffektorsystems behandelt die einseitige Nähtechnik als Fügeverfahren bei der Herstellung von textilen Preforms. Durch das Nähen können Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften wie z.B. gewichtsspezifische Energieaufnahme, Festigkeit und Steifigkeit der Faserverbundstrukturen erzielt werden. Basierend auf der einseitigen ITA-Nähtechnik (ITA: Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen) wurde eine neue Nähmaschine entwickelt und als industriereifer Prototyp realisiert. Neben der Abmessungs- und Gewichtsreduzierung wurde die Stichgeschwindigkeit um den Faktor vier gegenüber der Vorgängerversion erhöht (1400 Stiche/min). Um den Nähkopf durch einen Roboter entlang einer 3D-Nähbahn führen zu können, wurde die Näh- mit der Roboterbewegung synchronisiert. Ziel dabei war, die Materialien ohne Beschädigung zu vernähen. Ferner wurde die Leistungsfähigkeit des Nähkopfs und Verifikation der Nähparameter durch ein Versuchsprogramm ermittelt.