Abstract
With respect to the proceeding shortage of fossil fuels there is a need to apply lightweight constructions especially in the transport sector. Due to their outstanding material properties the use of parts which are made from carbon fiber reinforced plastics (CFRP) has become more and more popular. Despite the advantages of carbon structures and its increasing relevance a further spread of this promising technology is limited by high production costs which are caused by intensive manual labor. In this paper a novel robot-based end-effector is presented which is able to replace the time consuming and error-prone preforming of dry carbon fiber textiles by an automated process. Based on the results of an intensive process analysis a novel multifunctional end-effector is designed, which integrates the functionalities gripping, draping and heating. For integration in the production environment and an estimation of cycle times the automation solution is simulated. The gained results of the realized end-effector on the industrial reference toolings show the feasibility of this approach.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Abbreviations
- CAD:
-
Computer-aided design
- CF:
-
Carbon fiber
- CFRP:
-
Carbon fiber reinforced plastics
- FRP:
-
Fiber reinforced plastics
- NCF:
-
Non-crimped fabrics
- Prepreg:
-
Preimpregnated composite materials
- RTM:
-
Resin transfer molding
- VAP:
-
Vacuum assisted process
- VARI:
-
Vacuum assisted resin infusion
References
Angerer, A.; Ehinger, C.; Hoffmann, A.; Reif, W.; Reinhart, G.; Strasser, G.: Automated cutting and handling of carbon fiber fabrics in aerospace industries. In: Institute of Electrical and Electronics Engineers et al. (Hrsg.): IEEE Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 2010. Piscataway, NJ: IEEE 2010, S. 861. ISBN: 978-1-4244-5447-1.
Brötje: Automatisiertes Handling von Faserverbundwerkstoffen. http://www.k-zeitung.de/home/technologie/werkstoffe/composites/news-detail/news/70/1269431520automatisiertes-handling-von-faserverbundwerkstoffen/ – 19. April 2010.
Drechsler, K.: Automatisierung als Schlüssel für die kostengünstige Fertigung von Faserverbund-Leichtbaustrukturen im Flugzeug- und Automobilbau (Automatica 2008). München: 12.06.2008.
Drechsler, K.: Einführung in Werkstoffe und Fertigungstechnologien für Carbon Composites. Vorlesungsskript. Garching: 2009.
Ehrenstein, G. W.: Faserverbund-Kunststoffe. 2., völlig überarb. Aufl. München: Hanser 2006. ISBN: 978-3-446-22716-3.
Greb, C.; Schnabel, A.; Gries, T.; Kruse, F.: Development of new preforming processes for high performance fibre-reinforced plastic (FRP) components. (Hrsg.): SAMPE Journal 2010, S. 42–51.
Gutsche, C.: Beitrag zur automatisierten Montage technischer Textilien (Techn. Univ., Diss. – Berlin, 1992.). München: Hanser 1993. ISBN: 3-446-17485-0. (Produktionstechnik - Berlin 115).
Henning, K.: Wirtschaftliche Herstellung von Faserverbundbauteilen mit Hilfe automatisiert hergestellter textiler Preforms. Aachen: Shaker 2008. ISBN: 978-3-832-27133-6. (Textiltechnik Bd. 14).
Kleineberg, M.; Pabsch, A.; Herrmann, A. S.: Kostengünstige Faserverbundstrukturen – eine Frage neuer Produktionsansätze. http://www.dlr.de/fa/Portaldata/17/Resources/dokumente/publikationen/2000/03_herrmann.pdf – 11.08.2010.
Kordi, M.; Husing, M.; Corves, B.: Development of a multifunctional robot end-effector system for automated manufacture of textile preforms. (Hrsg.): IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics 2007, S. 1–6.
Mitschang, P.; Beresheim, G.: Handbuch Verbundwerkstoffe. München: Hanser 2004. ISBN: 3-446-22041-0.
Reinhart, G.; Straßer, G.; Ehinger, C.: Highly Flexible Automated Manufacturing of Composite Structures Consisting of Limp Carbon Fibre Textiles. SAE International Journal of Aerospace 2 (2009) 2, S. 181–187.
Reyne, M.: Composite solutions. Paris: JEC publications DL 2006. ISBN: 2-9526276-0-6.
Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden. 2., bearbeitete und erweiterte Auflage. Aufl. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007. ISBN: 978-3-540-72189-5. (VDI-Buch).
Schutzrecht () 08.05.2003Schutzrecht DE 10152232 A1: Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten handhaben von Harzmatten bei der Herstellung von SMC-Teilen.
Vdi 2221: Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte. Düsseldorf: Verein Deutscher Ingenieure 1993.
Vdi 2860: Montage- und Handhabungstechnik. Handhabungsfunktionen, Montageeinrichtungen, Begriffe, Definitionen. Düsseldorf: VDI 1990.
Verdenhalven, J.: Industrialization of the Carbon Composite Industry. In: SAMPE EUROPE Business Office and Scientific Committee of SAMPE EUROPE (Hrsg.): CFRP: The cost down solution for top performance 2008. ISBN: 978-3-9522677-8-3.
Wiedemann, M.: Status of application in airframe structures and future development process. In: National Agency for Finite Element Methods and Standards (Hrsg.): The analysis advantage: perspectives on engineering simulation for today and beyond. Glasgow: NAFEMS 2009. ISBN: 978-1-87437-642-2.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg
About this paper
Cite this paper
Reinhart, G., Ehinger, C. (2013). Novel Robot-Based End-Effector Design for an Automated Preforming of Limb Carbon Fiber Textiles. In: Schuh, G., Neugebauer, R., Uhlmann, E. (eds) Future Trends in Production Engineering. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-24491-9_14
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-24491-9_14
Published:
Publisher Name: Springer, Berlin, Heidelberg
Print ISBN: 978-3-642-24490-2
Online ISBN: 978-3-642-24491-9
eBook Packages: EngineeringEngineering (R0)