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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und bevorzugt auch Fördern von Werkstücken, die bevorzugt zumindest abschnittsweise aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen bestehen.
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Stand der Technik
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Bei der Handhabung von Werkstücken unterschiedlichster Art müssen diese Werkstücke üblicherweise fixiert und häufig auch gefördert werden. Zu diesem Zweck sind im Stand der Technik unterschiedlichste Halte- und Fördervorrichtungen bekannt, die beispielsweise Spannklauen, Andruckelemente, etc. umfassen. Bei der Bearbeitung von bewegten Werkstücken, der sogenannten Durchlaufbearbeitung, ist es darüber hinaus bekannt, die Werkstücke auf einem Förderband oder einer Förderkette zu bewegen und gleichzeitig von oben mittels eines sogenannten Oberdrucks auf das Förderband bzw. die Förderkette anzudrücken.
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All diese Halte- und Fördertechniken besitzen den Nachteil, dass aufgrund der Halteelemente nur bestimmte Bereiche der jeweiligen Werkstücke bearbeitet bzw. veredelt werden können, so dass mehrere Maschinendurchläufe erforderlich sind bzw. eine Bearbeitung bestimmter Bereiche überhaupt nicht möglich ist. Ferner ist beispielsweise bei der Durchlauftechnik eine Synchronisation von Oberdruck und Laufkette erforderlich, was technisch aufwendig und mit hohen Kosten verbunden ist.
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Alternativ ist bekannt, Werkstücke unter Einsatz eines Vakuums zu fixieren. Dies bringt jedoch einen hohen konstruktiven Aufwand mit sich und ist auch aus ökologischer Sicht unerwünscht, da die Vakuumtechnik aufgrund der in der Praxis unvermeidlichen Undichtigkeiten und des permanenten Pumpenbetriebes einen hohen Energieverbrauch mit sich bringt.
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Darstellung der Erfindung
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Halten und bevorzugt auch Fördern von Werkstücken bereitzustellen, die bei einfacher Konstruktion und geringem Energieverbrauch ermöglicht, möglichst viele Oberflächen eines Werkstücks bearbeiten zu können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein völlig neuartiges Konzept zum Herstellen einer Verbundwirkung zwischen dem jeweiligen Werkstück und dem Halteelement zum Einsatz zu bringen. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorrichtung zum Halten und bevorzugt auch Fördern von Werkstücken mindestens ein Halteelement aufweist, das zumindest abschnittsweise mit einer Haftmittelschicht versehen ist, deren Hafteigenschaften durch Energieeintrag veränderbar sind. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Energiebeaufschlagungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, die mindestens eine Haftmittelschicht zumindest abschnittsweise mit Energie zu beaufschlagen, dass deren Hafteigenschaften verändert werden.
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Auf diese Weise wird es erstmals möglich, Haftmittel auch im Bereich des Haltens und Förderns und ggf. sogar Bearbeitens von Werkstücken als Bindeglied zwischen Werkstück und Unterkonstruktion einzusetzen. Denn erfindungsgemäß ist es nun möglich, die Haftmittelschicht mittels der Energiebeaufschlagungseinrichtung in einen haftenden Zustand zu versetzen, so dass das Werkstück über die Haftmittelschicht auf dem jeweiligen Halteelement fixiert werden kann. In diesem Zustand können dann gewünschte Bearbeitungen, Fördervorgänge oder auch ein bloßen Halten des jeweiligen Werkstücks vorgenommen werden.
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Nach Abschluss der gewünschten Vorgänge kann das Werkstück dann von dem jeweiligen Halteelement entnommen werden. Dabei ist es prinzipiell denkbar, dass die Haftwirkung der Haftmittelschicht ohne aktive Einwirkung nachlässt (beispielsweise durch passive Abkühlung oder sonstige passive Reaktion mit der Umgebung). Ebenso ist es jedoch denkbar, dass die Haftmittelschicht auch durch aktive Einwirkung, beispielsweise mittels einer weiteren Energiebeaufschlagungseinrichtung, vermindert wird, um das jeweilige Werkstück leicht entnehmen zu können.
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Vor diesem Hintergrund ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Hafteigenschaften der Haftmittelschicht vollständig oder teilweise reversibel sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass das jeweilige Werkstück leicht von der Haftmittelschicht gelöst und die Haftmittelschicht bevorzugt anschließend für ein erneutes Halten bzw. Fördern oder ggf. Bearbeiten etc. eines Werkstücks genutzt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine leichte und störungsfreie Bedienbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine hohe Wirtschaftlichkeit, da die Haftmittelschicht bei bevorzugten Ausgestaltungen über sehr lange Zeiträume verwendet und dabei wiederholt aktiviert (Haftfähigkeit erhöht) und deaktiviert (Haftfähigkeit vermindert) werden kann.
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Obgleich die Art und Ausgestaltung der Haftmittelschicht im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht in bestimmter Weise beschränkt ist, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Haftmittelschicht Nanopartikel mit einer maximalen Abmessung von 100 nm bevorzugt 50 nm aufweist. Derartige mit Nanopartikeln versehene Haftmittelschichten lassen sich besonders gut durch Energieeintrag aktivieren und entwickeln hierdurch hohe Haftkräfte, so dass sich ein zuverlässiges und stabiles Fixieren der Werkstücke ergibt. Dabei haben sich insbesondere Haftmittel als vorteilhaft erwiesen, die Kohlenstoffnanoröhrchen enthalten.
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Die Energiebeaufschlagungseinrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise ausgestaltet sein, wobei der Begriff „Energie” im Rahmen der vorliegenden Erfindung in einem breiten Sinne aufzufassen ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorzugsweise vorgesehen, dass die Energiebeaufschlagungseinrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus mechanischen, thermischen, chemischen und elektrischen Energiebeaufschlagungseinrichtungen und Kombinationen hiervon. Als Beispielspiele hierfür genant werden können Strahlungsquellen, bevorzugt Lichtquellen wie Infrarotquellen und Laserquellen, Heißluftquellen, Kühlquellen, Magnetfeldquellen, Mikrowellenquellen, Plasmaquellen und Begasungsquellen sowie Kombinationen hiervon. Diese Aufzählung macht deutlich, dass neben klassischen Energiequellen auch Energiequellen in Frage kommen, die Energie beispielsweise durch eine chemische Reaktion auf das Beschichtungsmaterial aufbringen, wie beispielsweise eine Begasungsquelle.
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Ferner ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung mehrere Energiebeaufschlagungseinrichtungen aufweist, wobei mindestens eine Energiebeaufschlagungseinrichtung eingereichtet ist, die Haftwirkung der Haftmittelschicht zu erhöhen, und wobei bevorzugt mindestens eine Energiebeaufschlagungseinrichtung eingerichtet ist, die Haftwirkung der Haftmittelschicht zu vermindern. Durch dieses Konzept lässt sich die Haftwirkung der Haftmittelschicht stets gezielt derart beeinflussen, dass das jeweilige Werkstück zunächst zuverlässig und störungsfrei in der Vorrichtung fixiert und abschließend mit geringem Kraftaufwand und ohne Beschädigungen aus der Vorrichtung entnommen werden kann.
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Darüber hinaus ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Andrückeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, das Werkstück vor, während und/oder nach einer Aktivierung der Haftmittelschicht durch die Energiebeaufschlagungseinrichtung an die Haftmittelschicht anzudrücken. Durch die Andrückeinrichtung kann die Verbundwirkung zwischen Werkstück und Haftmittelschicht weiter erhöht werden, so dass mit geringeren Energieeintragsmengen gearbeitet werden kann bzw. sich insgesamt eine stärkere Fixierung der Werkstücke an der Haftmittelschicht ergibt.
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Alternativ oder zusätzlich ist gemäß einer Weiterbildung der. Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Saugeinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, das Werkstück an das Halteelement, insbesondere auch im Bereich der Haftmittelschicht, anzusaugen. Durch diese Kombination der Fixierung über die Haftmittelschicht einerseits und der zusätzlichen Fixierung durch die Saugeinrichtung andererseits eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung sogar für Einsatzzwecke, bei denen sehr hohe Kräfte auf das Werkstück wirken, wie beispielsweise intensive mechanische Bearbeitungen.
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Die gesamte Vorrichtung kann im Rahmen der Erfindung auf unterschiedlichen Konzepten basieren, beispielsweise als Durchlaufmaschine, Stationärmaschine oder Kombinationen hiervon. Insbesondere für den Bereich der Durchlaufmaschinen ist es dabei besonders bevorzugt, dass das Halteelement als Endlosumlaufelement, insbesondere als Magnetkette, ausgebildet ist. An einem solchen Endlosumlaufelement können dann vorteilhaft mehrere diskrete Haftmittelschichten Oder eine kontinuierliche Haftmittelschicht vorgesehen sein.
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Obgleich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergänzend auch zusätzliche Haltemittel zum Einsatz kommen können, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass das Halteelement frei von formschlüssigen Haltemitteln, wie insbesondere einem Oberdruck oder Krallen, arbeitet. Hierdurch lässt sich nicht nur die Konstruktion vereinfachen, sondern es ergibt sich auch eine besonders gute Zugänglichkeit der Werkstückoberflächen zur jeweiligen Bearbeitung, Veredelung oder dergleichen.
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Insgesamt ist darüber hinaus gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum bevorzugt spanenden Bearbeiten und/oder zum Veredeln des Werkstücks aufweist. Denn gerade für diese Bearbeitungs- und/oder Veredelungsschritte ist es besonders wichtig, dass möglichst viele Oberflächen des jeweiligen Werkstücks zugänglich sind, was durch die vorliegende Erfindung vorteilhaft ermöglicht wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Halten und bevorzugt auch Fördern von Werkstücken ist in Patentanspruch 11 definiert. Dieses ermöglicht dieselben Vorteile wie die erfindungsgemäße Vorrichtung und zeichnet sich dadurch aus, dass die Haftmittelschicht gezielt mit Energie beaufschlagt wird, um die Haftwirkung der Haftmittelschicht zu erhöhen und auf diese Weise Werkstücke zu fixieren.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Fördern und Bearbeiten von Werkstücken gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Eine Vorrichtung 1 zum Halten und Fördern von Werkstücken 2 ist in 1 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Bei den Werkstücken 2 kann es sich um unterschiedlichste Werkstücke handeln, wie beispielsweise platten- oder leistenförmige Werkstücke aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen, wie sie im Bereich der Möbel- und Bauelementeindustrie verwendet werden. Alternativ kann es sich jedoch ebenfalls um völlig andere Gegenstände (wie beispielsweise Kartonagen, Behälter) und/oder Materialien (wie beispielsweise Metalle, Materialkombinationen, Sandwichkonstruktionen etc.) und vieles anderes mehr handeln.
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Die Vorrichtung 1 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Durchlaufvorrichtung ausgestaltet, bei der die Werkstücke 2 jeweils mittels eines Halteelements 10 in einer Durchlaufrichtung (von links nach rechts in 1) gefördert werden. Es ist jedoch zu beachten, dass die Vorrichtung 1 auch als Stationärmaschine ausgeführt sein kann, bei welcher die Werkstücke nicht oder nur in Grenzen bewegt werden.
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Das Halteelement
10 ist in der vorliegenden Ausführungsform als endlos umlaufende Magnetkette gebildet, wie sie beispielsweise in der
DE 10 2007 032 546 A offenbart ist. Es ist jedoch zu beachten, dass das Halteelement auch auf vielfältige andere Weise ausgestaltet sein kann, wie beispielsweise als Band, Riemen, Tisch, Konsole etc. Dabei sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei Halteelemente
10 bzw. Magnetketten hintereinander angeordnet, obgleich im Rahmen der Erfindung unterschiedlichste Anordnungen einzelner oder mehrerer Halteelemente möglich sind.
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Entlang der äußeren Umfangsfläche des jeweiligen Halteelements 10 sind mehrere voneinander in Umfangsrichtung beabstandete Haftmittelschichten 12 vorgesehen, obgleich es sich auch um eine durchgehende Haftmittelschicht handeln kann. Die Haftmittelschichten zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Hafteigenschaften durch Energieeintrag veränderbar sind, wobei diese Veränderbarkeit der Hafteigenschaften in der vorliegenden Ausführungsform zumindest teilweise reversibel ist.
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Als derartige Haftmittelschicht kommen im Rahmen der Erfindung unterschiedlichste Materialien in Frage, wobei sich insbesondere Haftmittel bewährt haben, die Nanopartikel aufweisen, wobei die Nanopartikel beispielsweise eine maximale Abmessung von 100 nm, bevorzugt 50 nm aufweisen. Bei den Nanopartikeln kann es sich beispielsweise um Kohlenstoffnanoröhrchen handeln.
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Ein alternatives Haftmittel, dessen Hafteigenschaften durch Energieeintrag veränderbar ist, ist darüber hinaus beispielsweise in der
DE 199 24 138 A oder der
EP 1 111 020 A2 offenbart.
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Haftmittel der hier zur Rede stehenden Art können sich gegebenenfalls auch den sogenannten „Gecko-Effekt” zu Nutze machen. Dies bedeutet, dass innerhalb des Haftmittels vorgesehene Nanostrukturen, die beispielsweise durch feine Härchen oder sonstige feine Strukturen gebildet sind, durch den Energieeintrag eine Haft- bzw. Verbundwirkung entfalten, die durch Energieeintrag auch wieder aufgehoben werden kann.
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Obgleich in den Figuren nicht gezeigt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Einrichtung zum Auftragen und/oder Entfernen von Haftmittel auf bzw. von den Halteelementen 10 aufweisen.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 1, wie in 1 zu erkennen ist, in der vorliegenden Ausführungsform insgesamt vier Energiebeaufschlagungseinrichtungen 20, 22, 24 und 26, die jeweils eingerichtet sind, die jeweiligen Haftmittelschichten 12 zumindest abschnittsweise mit Energie derart zu beaufschlagen, dass deren Hafteigenschaften verändert werden. Als Energiebeaufschlagungseinrichtung kommen im Rahmen der vorliegenden Erfindung unterschiedlichste Geräte in Frage. Bevorzugt sind die Energiebeaufschlagungseinrichtungen ausgebildet aus der Gruppe bestehend aus mechanischen, thermischen, chemischen und elektrischen Energiebeaufschlagungseinrichtungen und Kombinationen hiervon. Beispiele sind Strahlungsquellen, bevorzugt Lichtquellen, wie Infrarotquellen oder Laserquellen, Heißluftquellen, Kühlquellen, Magnetfeldquellen, Mikrowellenquellen, Plasmaquellen und Begasungsquellen sowie Kombinationen hiervon.
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Jede der oben genannten Energiequellen besitzt ihre spezifischen Vorteile. So ermöglicht ein Laser ein besonders zielorientiertes und zügiges Arbeiten, während Infrarot- und Plasmaquellen einen breitspurigen Betrieb und eine gute Tiefenwirkung zulassen. Energiequellen mit Ultraschall, Magnetfeld und Mikrowelle arbeiten berührungslos und können auch während des Andrückens eines Werkstücks noch Energie in den Prozess einbringen. Dabei besitzt insbesondere ein Magnetfeld eine gute Tiefenwirkung. Eine auf Begasung basierende Energiequelle eignet sich besonders gut dazu, durch Einwirkung auf und Reaktion mit dem Haftmittel überhaupt erst einen Stoff zu bilden, der haftende Eigenschaften besitzt.
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Die Energiebeaufschlagungseinrichtungen 20, 22, 24 und 26 erfüllen bei der vorliegenden Ausführungsform unterschiedliche Aufgaben. So dienen die Energiebeaufschlagungseinrichtungen 20 und 24 in der vorliegenden Ausführungsform dazu, die Haftwirkung der jeweiligen Haftmittelschicht zu erhöhen, während die Energiebeaufschlagungseinrichtungen 22 und 26 dazu dienen, die Haftwirkung der jeweiligen Haftmittelschicht zu vermindern.
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Ferner umfasst die Vorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform durch Pfeile schematisch dargestellte Andrückeinrichtungen 30 und 32, die eingerichtet sind, das Werkstück 2 vor, während und/oder nach einer Aktivierung der Haftmittelschicht 12 durch die entsprechende Energiebeaufschlagungseinrichtung 20, 22, 24 und 26 an die Haftmittelschicht anzudrücken.
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In 1 ist darüber hinaus zu erkennen, dass die Vorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform für jedes Halteelement 10 eine Saugeinrichtung 40 aufweist, die eingerichtet ist, das jeweilige Werkstück 2 an das Halteelement 10 derart anzusaugen, dass es gegen die Haftmittelschicht 12 gedrückt wird. Zu diesem Zweck kann das Halteelement 10 nicht gezeigte Saugöffnungen aufweisen, die sich auch durch die Haftmittelschicht(en) 12 hindurch erstrecken können.
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Weiterhin weist die Vorrichtung 1 in der vorliegenden Ausführungsform Einrichtungen 50 zum Bearbeiten und/oder Veredeln des jeweiligen Werkstücks 2 auf. Für die Bearbeitung und Veredelung der Werkstücke 2 kommen im Rahmen der Erfindung unterschiedlichste Vorgänge in Betracht. Umfasst sind beispielsweise formgebende Bearbeitungen der Werkstücke, wie beispielsweise spanende Bearbeitungen, z. B. Sägen, Bohren, Fräsen etc. Ebenso umfasst sind beispielsweise Faltvorgänge (z. B. bei Kartonagen) oder Oberflächenbeschichtungsvorgänge wie beispielsweise Bedrucken oder Versiegeln. Denkbar sind auch bloße Erfassungsvorgänge wie beispielsweise Scanvorgänge, Zählvorgänge oder dergleichen.
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Der Betrieb der Vorrichtung 1 vollzieht sich in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise wie folgt. Zunächst wird ein Werkstück 2 zugeführt und (links in 1) auf eine oder mehrere Haftmittelschicht(en) 12 aufgelegt. Anschließend werden die Haftmittelschichten 12 mittels der Energiebeaufschlagungseinrichtung 20 derart mit Energie beaufschlagt („aktiviert”), dass die Hafteigenschaften der Haftmittelschichten 12 erhöht werden. Gleichzeitig wird das Werkstück 2 mittels der Andrückeinrichtung 32 an die Haftmittelschichten 12 angedrückt. Dabei ist zu beachten, dass die beschriebene Reihenfolge der vorstehend und nachfolgend genannten Schritte auch anhand der jeweiligen Randbedingungen verändert werden kann.
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Das so an dem Halteelement 10 (z. B. Magnetkette) über die Haftelemente 12 fixierte Werkstück 2 wird in Durchlaufrichtung (von links nach rechts in 1) gefördert und während des Durchlaufs durch die erste Bearbeitungseinrichtung 50 bearbeitet.
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Nach der Bearbeitung erreicht das Werkstück 2 die Energiebeaufschlagungseinrichtung 22, welche die Haftmittelschichten 12 derart mit Energie beaufschlagt, dass deren Hafteigenschaften vermindert werden. Gleichzeitig wird das Werkstück 2 mittels der Andrückeinrichtung 32 von unten nach oben angehoben und gegen die Haftmittelschichten 12 des nachfolgenden Halteelements 10 gedrückt. Diese werden gleichzeitig durch die Energiebeaufschlagungseinrichtung 24 derart aktiviert, dass deren Hafteigenschaften erhöht werden.
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Auf diese Weise hängt das Werkstück 2 nunmehr „unten” an dem Halteelement 10 (z. B. Magnetkette) und wird in Durchlaufrichtung weitergefördert. Im Zuge dieses Fördervorganges wird das Werkstück 2 anschließend durch die zweite Bearbeitungseinrichtung 50 bearbeitet bzw. veredelt, wobei es sich um von der ersten Bearbeitungseinrichtung 50 unterschiedliche Bearbeitungen handeln kann, bis das Werkstück den Bereich der Energiebeaufschlagungseinrichtung 26 erreicht. Diese beaufschlagt die Haftmittelschichten 12 derart mit Energie, dass deren Haftwirkung vermindert wird und das Werkstück 2 von den Haftmittelschichten 12 gelöst wird. Das Werkstück 2 kann nunmehr entnommen und gegebenenfalls weiterverarbeitet oder transportiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032546 A [0024]
- DE 19924138 A [0027]
- EP 1111020 A2 [0027]
