前言
碳纤维是一种特别轻质、坚固和强韧的材料。这些特性使得碳纤维增强塑料成为了减少汽车燃料消耗并推广使用电动汽车的理想组件。到目前为止，碳纤维组件较高的生产成本已经阻碍了其更广泛的应用。然而，这种情况即将改变，因为由LIBA开发的新方案可以显著降低碳纤维的生产成本。
作为一种原材料，碳纤维被誉为新的“黑金”。它价格昂贵，而且将它加工成碳纤维布并最终制成碳纤维增强复合材料（CFRP）组件是一个很耗时的过程，其中涉及到一系列手动步骤。因此，碳纤维增强复合材料部件普遍应用于高强度重量比优于成本考虑的应用。目前应用的主要领域包括F1赛车、快艇、大型风力发电机叶片、卫星通信天线板和医疗设备。
然而，市场正在发生一个根本性的转变。在过去数年中，贯穿碳纤维复合材料生产链中每个环节的进步都相当给力。有很多迹象表明，“新黑金”将引领一个轻量化结构的时代，并重新定义运输和物流的未来。
异常高效的生产
创新的系统制造商如著名的纺织机械专家LIBA Maschinenfabrik在这些开发中起到了带头作用。凭借LIBA悠久而成熟的机器制造技术，他们新开发的Copcentra MAX 5 CNC经编机可以实现异常高效的多轴向碳纤维织物生产。
Copcentra MAX 5 CNC经编机能够以极高的效率生产多轴向碳纤维织物
张开的碳纤维带被送入机器。它们要么已由机器直接生产出来，要么来自外部采购。碳纤维带平行排列，从而形成50至150英寸宽的纤维层，每层的方向都不同（多轴向）。碳纤维带的每一端都由安装在传送链上的夹子夹住。这些夹子夹住织物在约35米长的系统中传送。
一旦织物最多达到七层，就可以使用针织线圈将它们捆绑在一起。织物仍由夹子夹住传送一段缓冲距离以防止后续的步骤干扰缝纫过程。然后裁剪织物两边并收卷，同时清除被夹子夹住的废料。
高质量，高产量
Copcentra MAX 5 CNC采用精确剪切长度的碳纤维带，这在提高效率方面起到了重要的作用。其它机器通常运行单条连续的碳纤维带，夹子周围的部分随后需要被裁剪掉，这必然导致过度浪费。由于原材料本身的价值很高，因此LIBA用于碳纤维生产的解决方案与常规系统相比能够更加经济有效地利用原材料。
碳纤维织物生产要求高生产率，安全的生产工艺和始终如一的高质量。与此同时，大规模的生产线也必须非常灵活，从而可以适应新的或特定的要求。
为了实现这种高水平的灵活性，LIBA开发了广泛的机器模块。其中包括联机和未联机的碳带生产系统，带直线电机的导杆控制器，涂布和粘接模块等。
“我们模块化的机器可以按照任意方式进行组合，从而能够专门针对我们客户的独特需求来创建系统，”LIBA公司多轴向技术专家Rainer Seuß解释道。负责控制技术的同事Wolfgang Jahn自豪地补充说：“我们能够在较少的工时内实现客户定制的控制解决方案。”
65个实轴 – 20个虚轴
这种灵活性和速度令人印象深刻，即使Copcentra MAX 5 CNC经编机的基本机型也集成了35个实轴和10个虚轴。而LIBA已交付的带有各种辅助模块的系统共有65个实轴和20个虚轴。尽管实现贝加莱自动化解决方案的完全集成是如此复杂，但是LIBA仍然能够迅速地完成控制系统设计。
“由于我们为Copcentra MAX 5 CNC设备配备了贝加莱自动化解决方案，因此我们现在提供的每台机器都拥有相同的驱动和控制架构，全部基于标准的贝加莱产品。我们使用Power Panel PP420作为我们的控制和HMI平台，ACOPOSmulti驱动器和X20 I/O模块以及贝加莱集成安全技术，”LIBA公司设计和开发部主管Jan Märtin说道。
改用贝加莱自动化解决方案已使每台LIBA的机器都拥有相同的驱动和控制架构
1000种变化通过一个软件项目实现
LIBA通过在每台机器上运行相同的软件提高效率和灵活性。该系统及其自动化组件如轴、I/O模块和安全技术都可以在运行时进行配置。必要的系统数据通过XML文件提供。“这使我们能够对我们60种机器以及1000种变型产品的控制解决方案进行管理，其中有一些在配置上有非常显著的差异，”Jahn解释道。
LIBA的方案对于系统操作员而言也具有明显的优势：在升级系统的时候，他们只需要将新的软件项目上载到控制器即可 – 配置文件仍然保持不变。所有更新在机器下一次启动时自动生效。不管正在使用何种特定机器，所有客户都可以立即从LIBA最新的软件开发中轻松获益。
“这就如同在现场修改机器一样简单，”Jahn承诺道。“使用任意文本编辑器修改配置文件来匹配新的系统配置 – 然后简单地重启机器，那么你就大功告成了。绝对不需要编程。”
精确实现复杂的同步运动
Copcentra MAX 5 CNC经编机对其控制和驱动技术的要求相当多。“控制器必须能够确保大量轴之间的高精度同步连接，从而实现复杂的运动序列，”Seuß解释道。“关键是创建一个精确而高效的过程，它能够实现所需的生产速度和质量水平。”为了使这一切成为可能，各个轴之间必须实现高速通信，而且路径曲线控制需要在任何时候都知道它们自己的确切位置。
今天，用碳纤维增强塑料制成的组件主要用于高强度重量比相较成本更重要的应用，例如F1赛车
例如，LIBA采用共直流母线再生电能，从而确保即使在掉电情况下也能实现绝对同步关机。“在许多我们提供产品的国家里，停电几乎每天都在发生。在使用老技术的情况下，我们的设备在每次停电后都需要重启，然后再次运行，”Märtin解释道。“现在我们能够利用现有的动能，从而确保关机受到控制，这使系统得以立即准备重新启动。”
将ACOPOSmulti驱动技术与高速实时通信总线POWERLINK相结合是一个最佳的解决方案。它将卓越的动态特性与高精度相结合，为LIBA提供了在使用贝加莱技术之前所没有的优势。
对于机器没有存储足够多能量的情况 – 由于轴运行过慢或导杆控制器使用直线电机 – LIBA已经开发了一个动力缓冲轴，它可以应用在带飞轮的高速感应电机上。该缓冲轴与其它驱动器一样连接相同的直流母线，所以它的运动就可以作为系统中的辅助能量来源。必要时，这种能量可以用来控制关机。
这与所有其它的尖端功能一起有助于提高Copcentra MAX 5 CNC经编机生产碳纤维织物的效率。现在已经为碳纤维未来在运输和物流行业的广泛应用铺平了道路。
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