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Die
Erfindung betrifft eine Herstellungsvorrichtung und ein Verfahren
zum Behandeln einer mattenförmigen Werkstofflage.
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Für
Kaschier- und/oder andere Beschichtungsvorgänge mit flächigen
Materialien, wie zum Beispiel thermoplastische Folien, ist es oft
notwendig, die betreffenden Materialien zu erwärmen, um die
Plastizität der Folien zur weiteren Verarbeitung zu erhöhen.
Da es beim Aufwärmprozess oft dazu kommt, dass die Materialien
aufgrund der Wärmezufuhr „aufgeweicht” werden,
das heißt dadurch leichter verformbar sind, können
gerade größere flächige Abschnitte aufgrund
der auf sie wirkenden Gewichtskraft durchhängen, wobei
der Grad der Durchhängung abhängig ist von dem
Material, der zugeführten Wärmemenge und dem Abstand
zu einer Haltevorrichtung, in der das Material während
des Aufheizens gehalten wird. Dabei gilt, je größer
der Abstand eines Materialabschnitts zur Haltevorrichtung ist, desto größer
ist die Durchhängung.
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Aus
der
EP 1 714 761 A2 ist
eine Heizvorrichtung für die Erwärmung flächig
ausgedehnter Gebilde
2 bekannt, mit einer Vielzahl benachbart
zu dem Gebilde
2 angeordneten Wärmequellen
4.
Dabei sind die Wärmequellen
4 regelmäßig
auf einem Gitter
5 angeordnet, und jede Wärmequelle
kann über eine Schalteinheit
9 einzeln an- und
abgeschaltet werden. Dadurch kann die Heizvorrichtung optimal an
die Größe des aufzuheizenden Gebildes
2 angepasst werden und/oder
können einzelne Bereiche des Gebildes
2 mehr oder
weniger lange bestrahlt werden. Die Heizvorrichtung kann als eine
plane oder gekrümmte Heizplatte ausgebildet sein, so dass
sich eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten für
die Heizplatte ergibt. Um das Gebilde
2 von beiden Seiten
gleichzeitig beheizen zu können, liegen sich im Regelfall
zwei formgleiche Heizplatten in Bezug auf die Oberfläche
des Gebildes
2 gegenüber, so dass das Gebilde
zwischen den beiden Heizplatten zur Erwärmung hindurch
transportiert wird. Dabei weisen die sich gegenüberliegenden
Wärmequellen
4 einen konstanten Abstand auf, der
nur dadurch veränderbar ist, dass der Abstand der Heizplatten
zueinander verändert wird.
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Eine
Vorrichtung zum Erwärmen eines großflächigen
thermoplastischen Gebildes zeigt die
FR 70.44990 .
Dabei werden mehrere Heizplatten so nebeneinander angeordnet und
miteinander verbunden, dass wenigstens eine der Heizplatten relativ
zu den anderen Heizplatten verschwenkt werden kann. Die
2 zeigt
die Vorrichtung mit drei in einer Ebene nebeneinander angeordneten,
miteinander verbundenen Heizplatten. In
1 wird die
Vorrichtung eingebaut in eine Aufheizstation gezeigt. Durch die Zuführung
von Wärme verformt sich die in einer Haltevorrichtung
3 gehaltene
thermoplastische Folie
1 und hängt durch. Um einen
Kontakt der durchhängenden Folie
1a mit der unter
ihr angeordneten Heizplatte zu verhindern, kann die untere Heizvorrichtung
14,
29,
29a aus
einer Ausgangslage (
2) heraus der Folie
1 entsprechend
ihrer Durchhängung angepasst werden. Dazu wird der Mittelteil
14 der
Heizvorrichtung
14,
29,
29a von der durchhängenden
Folie linear nach unten weggefahren, wodurch die in den Lagerstellen
32 bzw.
32a schwenkbar
gehaltenen Seitenteile
29,
29a, die mit dem Mittelteil
14 über Drehgelenke
26,
27 verbunden
sind, mit verfahren werden, wie in
1 dargestellt
ist.
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Die
EP 0 798 094 A1 beschreibt
einen Ofen für eine Heizstation in einer Maschine für
thermische Verformung und die Heizstation. Der Heizofen weist zwei
obere plane Heizelemente
3a und
3b auf, und zwei
untere leicht konkave Heizelemente
4a und
4b. Zwischen
den oberen Heizelementen
3a,
3b kann eine, in
einer Haltevorrichtung
7 gehaltene thermoplastische Folie,
platziert werden. Die Heizelemente
3a,
3b,
4a,
4b sind
einzeln über Gelenke
9,
11 mit einem Rahmen
der Heizstation verbunden und können mittels Schwenkvorrichtungen
einzeln an die Folie angestellt bzw. von der Folie weggeschwenkt
werden. Dabei liegen die oberen Heizelemente
3a,
3b im
angeschwenkten Zustand parallel und in einem gleichmäßigen
Abstand zu der in der Haltevorrichtung
7 gehaltenen nicht
erwärmten Folie, während die unteren Heizelemente
4a,
4b so
geformt sind, dass der Abstand zu der Folie vom jeweiligen Rahmen
ausgehend bis zur Mitte kontinuierlich zunimmt. Wird jetzt die Folie
erwärmt und hängt aufgrund der Erwärmung durch,
besteht nicht die Gefahr, dass die durchhängende Folie
die unteren Heizelemente
4a,
4b berührt. Wird
der Durchhang der Folie zu groß oder reißt die Folie
beim Erwärmen, können die unteren Heizelemente
4a,
4b auseinandergeschwenkt
werden, so dass es auch in diesen Fällen zu keinem Kontakt
der Folie mit den unteren Heizelementen
4a,
4b kommt.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zu
schaffen, mit der/dem es möglich ist, mattenförmige,
insbesondere dreidimensional geformte Werkstofflagen, energieeffizient
zu erwärmen und dabei zu verhindern, dass das von einer
Haltevorrichtung gehaltene und aufgrund der Erwärmung durchhängende
Material mit der Wärmeerzeugungs-Vorrichtung in Kontakt
kommt.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche. Weitere Ausführungsbeispiele sind in
den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist
eine Herstellungsvorrichtung zum Behandeln einer mattenförmigen
Werkstofflage vorgesehen, aufweisend:
- – eine
Haltevorrichtung zur Aufnahme der mattenförmigen Werkstofflage,
- – eine Anordnung einer Mehrzahl von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
jeweils zur Abgabe von Wärme, wobei die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
der Anordnung derart angeordnet ist, dass die von dieser erzeugte
Wärme sich in Richtung auf den Bereich der Haltevorrichtung
ausbreitet, in dem sich eine von dieser aufgenommene mattenförmigen
Werkstofflage (4) erstreckt,
wobei eine Mehrzahl
von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen oder mehrere Gruppen
von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen jeweils mittels einer
Verstellvorrichtung in Richtung der Strahlung verstellbar ist bzw. sind.
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Die
Herstellungsvorrichtung kann eine zweiten Anordnung einer Mehrzahl
von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen jeweils zur Abgabe von
Wärme aufweisen, wobei die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
der ersten Anordnung und die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
der zweiten Anordnung jeweils auf gegenüber liegenden Seiten
der von der Haltevorrichtung aufgenommenen Werkstofflage angeordnet
sind und die Richtung der Wärmeausbreitung der ersten und
der zweiten Anordnung der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
jeweils quer zum Verlauf der Flächenerstreckung der mattenförmigen
Werkstofflage gerichtet ist.
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Zumindest
ein Teil der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen können
Strahlungs-Vorrichtungen sein. Alternativ oder zusätzlich
kann zumindest ein Teil der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Konvektion im Bereich eines
von der Haltevorrichtung aufgenommenen Werkstofflage sind. Dabei
kann die Vorrichtung zum Erzeugen einer Konvektion ein Gebläse
aufweisen.
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Die
Verstell-Vorrichtungen kann weiterhin derart gestaltet sein, dass
die bei der Betätigung der Verstell-Vorrichtungen entstehende
Bahn einen linearen Verlauf hat. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass
die Verstell-Vorrichtung derart gestaltet ist, dass an dieser die
Bahn der Verstellbewegung einstellbar ist.
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Die
Herstellungsvorrichtung kann eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb
der Verstellvorrichtungen aufweist. Insbesondere kann vorgesehen
sein, dass die Vorrichtung für jede der Verstellvorrichtungen
je eine Antriebsvorrichtung aufweist.
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In
einer Weiterführung der Herstellungsvorrichtung zum Behandeln
einer mattenförmigen Werkstofflage kann die Vorrichtung
weiterhin eine Steuerungsvorrichtung mit einem Speicher aufweisen,
die funktional mit der zumindest einen Antriebsvorrichtung zur Steuerung
derselben verbunden ist und die in dem ein mathematisches Modell
abgespeichert ist, das auf der Basis eines Soll-Abstands der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
zu der mattenförmigen Werkstofflage eine Position Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
zu der mattenförmigen Werkstofflage in Abhängigkeit
von einer Einwirkzeit der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
auf die Werkstofflage vorgibt und ein Kommandosignal an die zumindest
eine Antriebsvorrichtung zur Verstellung der Bestrahlungs-Vorrichtungen
entsprechend des mathematischen Modells sendet. Der Speicher der
Steuerungsvorrichtung kann insbesondere Zeitvorgaben aufweisen oder
beihalten, auf deren Basis Steuerungskommandos an die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen zum
Ein- und Ausschalten und/oder zur Anpassung der Intensität
der von diesen erzeugten Strahlleistung geschickt werden können.
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Weiterhin
kann die Herstellungsvorrichtung weiterhin wenigstens einen Sensor
aufweisen, der den Abstand wenigstens eines der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
von der Werkstofflage erfasst, in ein Signal umwandelt und das erzeugte
Signal an die Steuerung sendet.
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Die
Steuerung kann derart ausgebildet sein, dass diese das empfangene
Sensorsignal des Ist-Abstandwertes mit einem vorgegebenen Soll-Abstandswert
vergleicht und bei einer unzulässigen Abweichung ein Stellsignal
an wenigstens eine der Antriebsvorrichtungen sendet. Weiterhin kann
jede der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen je einen Sensor aufweisen,
jeder der Sensoren mit der Steuerung verbunden sein, die jedes der
Sensorsignale mit je einem Soll-Abstandswert vergleicht und bei
der Detektion zumindest einer unzulässigen Abweichung ein Stellsignal
zumindest an die Antriebsvorrichtung des betroffenen Strahlers sendet.
Die Steuerung kann weiterhin derart gestaltet sein, dass die empfangenen
Signale mittels einer vorgegebenen Funktion ausgewertet und abhängig
vom Auswerteergebnis Stellsignale an die Antriebseinrichtungen für
die Verstellvorrichtungen geschickt werden. Weiterhin kann die Steuerung
derart ausgebildet sein, dass eine Zu- und Abschaltung jedes der
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen einzeln bewirkt wird. Auch
kann vorgesehen sein, dass die Steuerung die Strahlleistung und/oder
die Konvektionsleistung jedes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
einzeln einstellt und verstellt.
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Die
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen können Heizelemente
sein oder aufweisen. Dabei können die Heizelemente weiterhin
Gas-Mikrobrennerelemente sind.
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Erfindungsgemäß ist
auch ein Verfahren zum Behandeln einer mattenförmigen Werkstofflage vorgesehen,
mit den Schritten:
- – Anordnen der
mattenförmigen Werkstofflage in eine Haltevorrichtung,
- – Positionieren der Haltevorrichtung mit der mattenförmigen
Werkstofflage derart, dass sich die von der Haltevorrichung gehaltene
mattenförmige Werkstofflage entlang einer Mehrzahl von
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen erstreckt, wobei die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
einen vorgegebenen Soll-Abstand zu der mattenförmigen Werkstofflage
aufweisen,
- – Einschalten der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen,
wodurch sich die mattenförmige Werkstofflage verformt und
sich ein Ist-Abstand der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
zu der mattenförmigen Werkstoffanlage ändert,
- – Sensieren der entstehenden Abstandsänderung von
einem Sensor detektiert und Übermittlung derselben als
ein Signal an eine Steuerung,
- – von der Steuerung Vergleich der Sensorsignale des
Ist-Abstands mit in der Steuerungseinheit hinterlegten vorgegebenen
Soll-Abständen und abhängig von dem Ergebnis Übermittlung
entsprechender Kommandosignale durch die Steuerung für
eine Mehrzahl von Antriebsvorrichtungen zur einzelnen oder gruppenweisen
Verstellung der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen,
- – aufgrund der Ansteuerungs der Antriebsvorrichtungen
Verstellung der Mehrzahl von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen
aufgrund der Merhzahl von Ansteuerungssignalen jeweils derart, dass diese
nach der Verstellung eine neue Position einnehmen, in der die neue
Ist-Position zumindest annähernd der in der Steuerung hinterlegten Soll-Position
entspricht.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an
Hand der beiliegenden Figuren beschrieben, die zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeipiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, in die eine mattenförmige Werkstofflage eingebracht
ist, vor Beginn der Erwärmung der Folie, wobei die Verstell-,
Antriebs- und Steuervorrichtungen nicht dargestellt sind,
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2 das
Ausführungsbeipiel der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nach der 1 in eine Phase, in der die
mattenförmige Werkstofflage erwärmt worden ist
und aufgrund der Materialdehnung durchhängt.
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In 1 wird
die erfindungsgemäße Herstellungsvorrichtung skizzenhaft
gezeigt. Skizzenhaft bedeutet, dass nur die wichtigsten Teile gezeigt
werden, um die Vorrichtung 1 bzw. die Wirkungsweise der
Vorrichtung 1 zu beschreiben. Gezeigt werden in der 1 eine
erste Lage 2 einer Mehrzahl von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5,
die Strahler zur Abgabe von Strahlung und insbesondere Wärmestrahler
und/oder Konvektionserzeuger sein können, eine zweite Lage 3 einer
Mehrzahl von Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 zur
Abgabe von Strahlung und eine zwischen der ersten Lage 2 und
der zweiten Lage 3 positionierte mattenförmige
Materiallage 4, wobei es sich bei der Materiallage beispielsweise
um eine thermisch verformbare Matte oder Folie handelt.
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Nicht
gezeigt sind in 1 die Maschine in die die Vorrichtung 1 eingebaut
ist und die Verstellvorrichtungen zum Verstellen der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 der
ersten Lage 2 und der zweiten Lage 3. Bei den
Verstellelementen handelt es sich um im Stand der Technik bekannte
Elemente, wie beispielsweise Gewindestangen die in Gegengewinden
geführt werden und durch Drehung der Gegengewinde linear
verstellbar sind, pneumatische oder hydraulische Verstellzylinder
oder einfache Stäbe, die so in einem Rahmen geführt
werden, dass sie manuell oder angetrieben linear verstellbar und
in einer beliebigen Position feststellbar sind. Es kann für jede
der beiden Lagen 2, 3 je eine Verstellvorrichtung vorhanden
sein, die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 können
aber auch in Gruppen zusammengefasst sein, und jede dieser Gruppen
kann je eine Verstellvorrichtung aufweisen. Größtmögliche
Flexibilität der Vorrichtung wird erreicht, wenn jeder
der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 je eine Verstellvorrichtung
aufweist, so dass jeder Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 einzeln
verstellt werden kann. In allen genannten Fällen soll jede
der Verstellvorrichtungen einzeln und unabhängig von dem/den
anderen Verstellvorrichtungen verstellt werde können.
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Die
Verstellvorrichtungen können von Hand eingestellt werden
oder eine oder je eine Antriebsvorrichtung aufweisen. Die Antriebsvorrichtungen
können beispielsweise Elektromotoren sein, die direkt oder über
Getriebe eine Bewegung der Verstellvorrichtungen bewirken. Wird
der Antrieb der Verstellvorrichtungen über Getriebe bewirkt,
so können dies zum Beispiel Zahnradgetriebe, Zahnriemen-
oder Riemengetriebe sein. Werden mehrere der Verstellvorrichtungen
von einer Antriebsvorrichtung angetrieben, so können die
einzelnen Verstellvorrichtungen über Kupplungen so mit
der Antriebsvorrichtung verbunden sein, dass sie einzeln mit der
Antriebsvorrichtung gekoppelt bzw. entkoppelt werden können.
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Die
Antriebsvorrichtungen können mit einer ebenfalls nicht
gezeigten Vorrichtungs- oder Maschinensteuerung verbunden sein,
die es ermöglicht, die Antriebsvorrichtungen gemeinsam,
in Gruppen oder einzeln an- bzw. abzuschalten. Diese Steuerung kann
auch weitere Aufgaben übernehmen, die die Effizienz der
erfindungsgemäßen Vorrichtung erhöhen.
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Die
Vorrichtung 1 verfügt weiter über eine Haltevorrichtung 6,
beispielsweise ein Rahmen, zur Aufnahme der mattenförmigen
Materiallage 4. Der Rahmen kann aus zwei Teilen bestehen,
die die Materiallage 4 klemmend halten oder an der Oberseite dornenförmige
Spitzen aufweisen, auf die die Materiallage 4 vor dem Einführen
in die Vorrichtung gedrückt wird. Ebenso können
in dem Rahmen kleine Öffnungen vorhanden sein, die zum
Halten einer weitestgehend luftundurchlässigen Materiallage 4 mit
einem Vakuum verbunden werden. Die Haltevorrichtung 6 kann
auch so aufgebaut sein, dass sie nach der Aufnahme der Materiallage 4 noch
verstellbar ist, um die aufgenommene Materiallage 4 zu
spannen, um beispielsweise Faltenbildung oder ein Durchhängen
der Materiallage 4 vor dem Beginn der Erwärmung
zu korrigieren. Die Materiallage 4 wird von der Haltevorrichtung 6 an
wenigstens zwei Seiten gehalten, wobei der Rahmen möglichst
außerhalb des Strahlungsbereichs der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 liegt,
damit er nicht durch die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 aufgeheizt
wird und die Wärme auf den gehaltenen Rand der Materiallage 4 überträgt.
Diese Bestrahlung des Rahmens könnte zu Produktionsstörungen
führen, da der Rahmen mit der Zeit auf hohe Temperaturen
aufgeheizt werden kann, so dass die gehaltenen Ränder der
Materiallage 4 schmelzen könnten.
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Die
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 können
grundsätzlich jede Art von Strahlung abgeben, zum Beispiele
Wärmestrahlung, Elektronenstrahlung, UV-Strahlung oder
Licht eines bestimmten Spektrums. Zur Abgabe von Wärmestrahlung
kann die Wärme durch elektrische Energie oder durch die Verbrennung
von Gas erzeugt werden. Durch Gas erzeugte Wärme hat den
Vorteil gegenüber Wärme, die durch elektrische
Energie, beispielsweise durch Glühdrähte, erzeugt
wird, dass die Wärmezufuhr der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 beim
Zünden des Gases unmittelbar zur Verfügung steht
und beim Löschen der Flamme sofort endet. Deshalb ist die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vorteilhaft,
wenn als Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 in der
Vorrichtung 1 ausschließlich Gas-Mikrobrennelemente
Verwendung finden.
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Alternativ
oder zusätzlich können die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 können
die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 auch eine
Konvektion insbesondere dadurch erzeugen, dass diese z. B. mittesl
eines Gebläses die diese umgebende Luft in Zirkulation
versetzen.
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Erhöht
werden kann die Effizienz weiter dadurch, dass die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 von
der Vorrichtungssteuerung oder Maschinensteuerung gemeinsam, in
Gruppen oder einzeln an- und abgeschaltet werden können.
Weiterhin könnte die Steuerung auch die Intensität
der Strahlenabgabe der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 regeln.
Dazu kann die Vorrichtung wenigstens einen nicht dargestellten Sensor
aufweisen, der die Ist-Temperatur zum Beispiel in der Nähe
der Oberfläche 7 der Materiallage 4 misst.
Die Messung kann kontinuierlich erfolgen oder getaktet, das heißt
in regelmäßigen Abständen oder in zeitlichen
Abständen, die in einem Messmodell im Speicher der Steuerung
abgelegt sind. Die Messung kann nach dem Beginn der Bestrahlung
auch verzögert beginnen und im Laufe der Bestrahlung in
immer kürzer werdenden Intervallen erfolgen, wobei die
Intervalle umso kürzer werden, je näher die gemessene
Ist-Temperatur an der in der Steuerung, bzw. einem Speicher der
Steuerung hinterlegten Soll-Temperatur zur Messzeit liegt. Wird
bei der Messung eine unzulässige Abweichung von einem vorgegebenen
Soll-Temperaturwert gemessen, kann die Steuerung die Energiezufuhr
zu den Strahlern drosseln oder erhöhen. Dabei kann die
Vorrichtung 1 einen Sensor für die Vorrichtung 1,
je ein Sensor für die erste Lage 2 und die zweite
Lage 3, je eine Sensor für je eine Gruppe von
Strahlern 5, oder je einen Sensor für jeden einzelnen
Strahler 4 aufweisen.
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Die
Möglichkeit der Regelung der Strahlungsintensität
kann auch zweckdienlich eingesetzt werden, wenn festgestellt wird,
dass unterschiedliche Chargen einer Materiallage etwas unterschiedliche Temperaturen
benötigen, um das für den folgenden Arbeitschritt
geforderte Maß an Verformbarkeit und/oder Flexibilität
zu erreichen. Solche Unterschiede können beispielsweise
auftreten, wenn die Materiallage aus mehreren zusammengefügten
Lagen unterschiedlicher Materialien mit ähnlichen Materialeigenschaften
besteht, und die Dicke der unterschiedlichen Materialschichten in
zulässigen Grenzen variiert. Grundsätzlich ist
die Regelung auch dann sinnvoll einsetzbar, wenn in einer Anlage
Materialien unterschiedlicher Dicke und/oder Qualität verarbeitet werden,
mit unterschiedlichem Verhalten bei Erwärmung durch die
Strahler.
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Wie
in der 1 weiterhin gezeigt wird, kann die obere Lage 2 von
Strahlern 5 einen ersten Abstand A1 zu der mattenförmigen
Materiallage 4 haben, die untere Lage 3 einen
zweiten Abstand A2. Dabei ist der erste Abstand A1 und der zweite
Abstand A2 unterschiedlich groß, wobei gilt A1 < A2. Da es sich
bei der mattenförmigen Materiallage 4 zum Beispiel
um eine ein- oder mehrschichtige thermoplastisch verformbare Folie
handelt, die sich beim Erwärmen ausdehnen kann, und die
von der nicht gezeigten Haltevorrichtung (6) gehalten wird,
kann diese Ausdehnung zu einem Durchhängen der Folie führen.
Diese Durchhängung ist grundsätzlich aufgrund der
physikalischen Gesetze in Richtung Erdmittelpunkt gerichtet, das
heißt in der 1 nach unten.
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Die
Form der Materiallage 4 und die Position der ersten Lage 2 und
der zweiten Lage 3 nach erfolgter Erwärmung wird
in der 2 gezeigt. Die Materiallage 4 ist soweit
aufgewärmt, dass sie sich aufgrund der erhöhten
Temperatur ausdehnt und sich aufgrund der auf sie wirkenden Schwerkraft
zu verformen beginnt. Da die Materiallage 4 an ihren beiden
Enden in der Haltevorrichtung 6 gehalten wird, kann die
Materiallage 4 bei einer Dehnung nur in die Richtung nach
oben oder nach unten ausweichen. Wird die Materiallage 4 dabei
nicht durch geeignete Maßnahmen, wie Ansaugung, nach oben
verformt oder abgestützt, kommt es zu der in der 2 gezeigten
Durchhängung um einen Wert von Δh kommen, wobei Δh
abhängt von der zugeführten Wärmemenge,
dem Eigengewicht der Materiallage 4 und deren Materialeigenschaften.
Um einen Kontakt zwischen der zweiten Lage 3 der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 zu
verhindern, können die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 in
eine Richtung quer zur Oberfläche 7 der in 1 gezeigten
nicht erwärmten Materiallage 4 verfahren. Wie
durch die Pfeile angedeutet, kann jedes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 einzeln
linear verfahren werden. Dabei fahren die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 der
zweiten Lage 3 in eine Richtung weg von der Materiallage 4,
in der 2 ist dies nach unten. Die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 der
ersten Lage 2, die in der 2 oberhalb
der Materialbahn 4 angeordnet sind, folgen der Materiallage 4 nach,
verfahren somit in Richtung auf die Materiallage 4 zu. Dies
ist wichtig, damit auch bei einem Durchhängen der Materiallage 4 gewährleistet
ist, das beide Oberflächen 7, 8 der Materiallage 4 bestrahlt
werden, und es nicht zu einem Abkühlen der oberen Seite 7 der Materiallage 4 kommt
im Verhältnis zu der unteren Seite 8.
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Das
Maß der Durchhängung der Materiallage 4 wird
zum Beispiel durch die Faktoren Materialeigenschaften, Dauer und
Intensität der Bestrahlung und Größe
der Materiallage 4 bestimmt. Die Größe oder
Ausdehnung der Materiallage 4 ist insofern von Bedeutung,
als mit zunehmender Größe der Abstand der Materiallagenmitte
zu der Haltevorrichtung 6 zunehmen kann, von einer mit
der Haltevorrichtung 6 planen Einspannposition bis zu einer
tiefsten Durchhängung in einem Bereich, der von allen Haltepunkten
am weitesten entfernt ist, zum Beispiel die Flächenmitte
der flächigen Materiallage 4. Als tiefste Durchhängung
wird der Bereich definiert, der zu der Unterseite der Haltevorrichtung 6,
die normalerweise eine Ebene bildet, den größten
Abstand aufweist.
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Das
Verstellen der Strahler kann durch die Steuerung gesteuert werden.
Dazu kann die Steuerung einen Speicher aufweisen, in dem beispielsweise
ein mathematisches Modell abgespeichert ist, das den Abstand jedes
einzelnen Strahlers 5 zur Materiallage 4 zu einem
bestimmten Zeitpunkt nach dem Beginn der Aufheizung der Materiallage 4 festlegt. Über
die Steuerung kann dieses Modell abgefahren werden, beginnend beispielsweise
mit dem Einschalten der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5.
Entsprechend der tatsächlichen Strahlzeit werden bei bekannter,
konstanter Strahlleistung der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5,
diese von der Steuerung über die Antriebseinrichtungen
und die Verstellvorrichtungen verstellt. Wobei wie beschrieben sowohl die
oberhalb der Materiallage 4 liegende erste Lage 2 und
die unterhalb der Materiallage 4 liegende zweite Lage 3 gleichzeitig
in die gleiche Richtung verstellt werden können, und die
Verstellweglänge jedes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 individuell
von dem mathematischen Modell vorgegeben werden kann. Zusätzlich
zu dem mathematischen Modell kann der Einsatz eines weiteren Sensors
sinnvoll sein, der zumindest ein Abreißen der Materiallage 4 detektiert
und in diesem Fall ein optisches oder hörbares Warnsignal
ausgibt oder die Vorrichtung 1 notabschaltet.
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Alternativ
können die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 nicht
gezeigte Sensoren aufweisen, die entdecken, wenn ein Teil der Materiallage 4 den
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 berührt und
daraufhin sofort die Vorrichtung 1 abschaltet. Eine andere
Alternative ist eine optische Überwachung des Aufheizraumes,
beispielsweise der Vergleich zweier in einem vorgegebenen Abstand
erzeugter Bilder, mittels der plötzliche Lageänderungen der
Materiallage 5 erkannt werden können. Diese Überwachung
kann auch durch das Bedienpersonal geschehen, wenn Blickkontakt
in den Aufheizraum für die Materiallage 4 gegeben
ist.
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Kommt
ein mathematisches Modell zum Einsatz, so muss bei der Verarbeitung
unterschiedlicher Materiallagen 4 mit unterschiedlicher
Dicke und/oder unterschiedlichen Materialeigenschaften für
jede dieser Materiallagen 4 ein eigenes mathematischen
Modell erstellt werden, um die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 entsprechend
zu verstellen.
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Alternativ
könnte die Vorrichtung auch nicht gezeigte Sensoren aufweisen,
die den Abstand jedes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 zur
Oberfläche 7, 8 der Materiallage konstant,
in regelmäßigen Abständen oder in mit
zunehmender Bestrahlungszeit abnehmenden zeitlichen Abständen
messen. Diese gemessenen Ist-Werte können dann an die Steuerung
gemeldet und dort verarbeitet, zum Beispiele mit in dem Speicher
abgelegten Sollwerten verglichen werden. Wird hierbei eine unzulässige
Abweichung zwischen Soll-Abstand und Ist-Abstand zwischen der Materiallage 4 und
eines, mehrerer oder aller der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 festgestellt,
kann über die Steuerung, die Antriebsvorrichtungen und
die Verstellvorrichtungen jedes der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 einzeln
verstellt werden.
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Die
nicht gezeigten Sensoren können auch zusätzlich
eine Notabschaltung der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 bewirken,
wenn eine plötzliche Verkleinerung des Abstands zwischen
einem Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 und der
Materiallage 4 detektiert wird, was Anzeichen für
ein Auseinanderreißen der Materiallage sein kann oder auf einen
Materialfehler oder falsch gewähltes Material hindeuten
kann.
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Der
in 2 gezeigte willkürliche Abstand der einzelnen
Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 zur Materiallage 4 dient
nur der guten Darstellbarkeit und stellt keine echte oder ausschließliche
Anordnung der Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 dar. Obwohl
es durch die Beschreibung bereits deutlich geworden ist, sei hier
nochmals explizit darauf hingewiesen, dass es sich bei der Materiallage 4 um
ein flächiges Objekt handelt, die Wärmeerzeugungs-Vorrichtungen 5 in
ihrer Gesamtheit daher ebenfalls eine Fläche bilden und
das zweidimensionale Erscheinungsbild der ersten Lage 2 und
der zweiten Lage 3 lediglich der bildlichen Wiedergabe
geschuldet ist.
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Auch
wenn die Vorrichtung und das Verfahren hierin anhand von thermischen
Strahlern beschrieben werden, soll dies nicht bedeuten, dass die Vorrichtung
oder das Verfahren hierauf beschränkt sind. Statt der thermischen
Strahler können auch Elektronenstrahler, UV-Strahler oder
andere bekannte Strahlengeber in der Vorrichtung und dem Verfahren
eingesetzt werden.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- erste
Lage
- 3
- zweite
Lage
- 4
- Materiallage
- 5
- Strahler
- 6
- Haltevorrichtung
- 7
- Oberseite
Materiallage
- 8
- Unterseite
Materiallage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1714761
A2 [0003]
- - FR 7044990 [0004]
- - EP 0798094 A1 [0005]