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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
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Aus dem Stand der Technik ist die Verarbeitung flächiger trockener Duroplast-basierter Textilien mittels spezieller Greifertechniken in unterschiedlichen Ausführungen bekannt. So wird das Handhaben von flächigen textilen Strukturen bereits etwa in der Patentanmeldung
DE 10 2005 053 072 A1 durch eine Vorrichtung zum elektrostatischen Aufnehmen und Ablegen eines Flächengebildes beschrieben, die eine flexible elektrisch isolierenden Trägerbahn aus isolierendem Kunststoff aufweist, an der flächige Elektroden mit gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Diese sind mit einer Hochspannungsquelle verbindbar sind, wobei die Trägerbahn an einer Trägereinheit gehalten ist, die eine Halteeinrichtung zum Haften der Trägerbahn und zum Spannen in mindestens einer Richtung aufweist. Es werden damit aber keine gekrümmten, trockenen, biegschlaffen, auf Thermoplasten basierte Textilen wie Geflechte automatisiert verarbeitet; lediglich die beschriebenen Flächengebilde.
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Eine Vorrichtung zum pneumatischen Aufnehmen eines flächigen Gebildes wird ferner in
DE 10 2007 057 225 A1 offenbart: Dort erfolgt die Aufnahme des flächigen Gegenstands mit einem Saugkasten, in dem ein Unterdruck erzeugt wird. Die Saugkanäle sind innerhalb von festgelegten geometrischen Konturen angeordnet, die Kontaktfläche besteht aus biegsamem bahnförmigem Material. Es besteht die Möglichkeit, die Saugseite eben oder nach außen konkav oder konvex gekrümmt oder abgewinkelt zu gestalten.
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Weiter wird in
DE 10 2005 047 645 A1 eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Ablegen flächiger Teile, wie etwa textiler Zuschnitte, ausgeführt. Das Handling der flächigen Textilien wird mittels Saugkammern, die mit Unterdruckquelle verbunden sind, gesteuert. Über spezielle Steuerplatten und Schiebersysteme erfolgt die Steuerung der Unterdruckaufnahme. So kann die Saugereinheit der textilen Geometrie angepasst werden.
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Bei den bekannten Ausführungen der bereits bestehenden Greifer-Vorrichtungen für das Handling von biegeschlaffen Textilien wird ausschließlich auf die Verarbeitung von flächigen Textilien eingegangen. Die Handhabung und das Umformen von gekrümmten und biegeschlaffen, geschlossenen Textilhalbzeugen wie Geflechtrohren und Wickelrohren werden bisher in keinem der vorliegenden Patente thematisiert.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ergibt sich die Aufgabe, eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Verbundbauteilen zu schaffen, die prozesssicher ist und sich auch zur Handhabung biegeschlaffer vorkonsolidierter Textilbauteile eignet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 löst die Aufgabe der verbesserten Verarbeitung biegeschlaffer, vorkonsolidierter Textilbauteile.
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Weiterbildungen der Vorrichtung und des Verfahrens sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem rohrförmigen und mittels eines Thermoplasten vorkonsolidierten Textilbauteils, an das ein Kunststoff angespritzt werden soll, umfasst eine Erwärmungsvorrichtung für das vorkonsolidierte Textilbauteil sowie ferner ein Spritzgießwerkzeug, Umformmittel, um das Textilbauteil in die gewünschte Form zu bringen, und Transportmittel, um das Textilbauteil in jedweder Verarbeitungsstation auf geeignete Weise handzuhaben. So muss der Transport des Textilbauteils einerseits in die Erwärmungsvorrichtung und andererseits in das Spritzgießwerkzeug erfolgen. Erfindungsgemäß umfassen die Umformmittel und das Transportmittel wenigstens eine Handhabungsvorrichtung, die mit einem Greifer, insbesondere einem konturangepassten Greifer oder einem Vakuumgreifer oder auch einem konturangepassten Vakuumgreifer, ausgestattet ist. Damit wird ermöglicht, dass das vorkonsolidierte Textilbauteil auch in einem biegeschlaffen Zustand zielführend gegriffen, in Form gehalten und transportiert werden kann, da es entweder durch Unterdruck an die geeignete Greifvorrichtung angesaugt oder sogar durch Unterdruck in die von dem Greifer vorgegebene geeignete Form gesaugt oder ohne Unterdruck darin aufgenommen wird.
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In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Erwärmungsvorrichtung ein Infrarot-Strahler ist oder mehrere Infrarotstrahler umfasst. Derartige Infrarot-Strahler zur Verwendung als Erwärmungsvorrichtungen bei der Verbundbauteilherstellung an sich sind dem Fachmann bekannt und können in einem Gehäuse liegen, in das das Verbundbauteil für die Dauer der Erwärmung hinein transportiert wird.
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Werden mehrere Infrarotstrahler verwendet, so ist es mit vereinzelten, d. h. voneinander beabstandeten Infrarotstrahlern möglich, das Textilbauteil lokal, jedoch ringsum zu erwärmen, so das sich im Abkühlprozess nach der Erwärmung singuläre feste Zonen ausbilden, die dem Textilbauteil eine bestimmte verbesserte Formstabilität verleihen, was für den Transport des Textilbauteils und die Positionierung in Umform- bzw. Spritzgießwerkzeugen eine erhebliche Erleichterung darstellt.
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Weiter kann in einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Transportmittel, etwa zum Transportieren des vorkonsolidierten Textilbauteils in die Erwärmungsvorrichtung oder zum Transportieren dieses Textilbauteils, das biegeschlaff aus der Erwärmungsvorrichtung kommt und zu dem Spritzgießwerkzeug gefördert werden muss, ein Förderband ist, wobei besonders vorteilhaft geeignet die Kontur des Förderbands an die Kontur des Textilbauteils angepasst ist, soweit dies bei der gewünschten Textilbauteilformkomplexität sinnvoll erscheint.
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Alternativ zu einem derartigen Förderband kann das Transportmittel aus einem Doppelschneckenförderer bestehen, der zwei gleichsinnig rotierende parallele Förderschnecken umfasst. Die Förderscheiben der Förderschnecken können dabei zwischen einer Förderstellung, in der die Förderscheiben in Förderrichtung geneigt stehen, und einer Rotationsstellung, in der die Förderscheiben senkrecht zu einer Längsachse der Förderschnecke stehen, verstellt werden. Mit den Förderscheiben in Förderrichtung kann dann das Textilbauteil entsprechend in die Erwärmungsvorrichtung bzw. unter den oder die Infrarotstrahler bewegt werden, wo dann die Förderscheiben in die Rotationsstellung verstellt werden, so dass die Förderung aussetzt und das Textilbauteil in der Erwärmungsvorrichtung bzw. unter den oder die Infrarotstrahler rotiert wird. Vorteilhaft genügt hier ein einzigerinfrarotstrahler, der das Textilbauteil von einer Seite erwärmt, da dieses ja unter der Erwärmungsvorrichtung gedreht und damit von allen Seiten gleichmäßig erwärmt wird. Auch kann auf eine Handlingsvorrichtung zum Wenden des Textilbauteils in der Erwärmungsvorrichtung verzichtet werden. Zur Abförderung des Textilbauteils aus der Erwärmungsvorrichtung werden die Förderscheiben dann wieder schräg gestellt, wobei die Abförderstellung der Förderstellung entsprechen kann, wenn ausreichend Raum für eine unidirektionale Förderung durch die Erwärmungsvorrichtung vorhanden ist. Alternativ kann die Abförderstellung auch in entgegengesetzt geneigten Förderscheiben bestehen, so dass das Textilbauteil quasi aus der Erwärmungsvorrichtung zurückverfahren wird, wenn bauliche Gegebenheiten die unidirektionale Förderung verhindern.
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In einer noch weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Handhabungsvorrichtung ein Roboter sein, der mit einem Vakuumgreifer, einem konturangepassten Greifer oder einem Greifer der beide Funktionalitäten aufweist, ausgestattet sein.
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Eine noch differenziertere Ausgestaltung der Vorrichtung sieht sogar vor, dass an dem Roboter ein oder mehrere Mehrachsroboter, insbesondere Mikro-Mehrachsroboter angeordnet sind, die über eine Trägervorrichtung an dem Roboter montierbar sind. Die Mikro-Mehrachsroboter können dabei mit den konturangepassten oder Vakuumgreifern ausgestattet sein. Es bietet sich an, wenigstens zwei Mehrachsroboter oder Mikro-Mehrachsroboter mit entsprechenden Greifern zur Handhabung des vorkonsolidierten Textilbauteils einzusetzen.
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In einer noch weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen, dass Stützmittel zur Bereitstellung eines inneren Stützdrucks in dem Textilbauteil angeordnet werden. Derartige Stützmittel können einerseits mechanische Elemente wie Liner, Glieder, Dome, Seile oder Schläuche sein, die flexibel sind und eine höhere Erweichungstemperatur besitzen als das Textilbauteil. Es kann sich andererseits aber auch um eine Gas- oder Flüssigkeitszuführvorrichtung handeln, die Gas oder Flüssigkeit in das Textilbauteil zuführt, um den Stützdruck zu schaffen.
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Weiter kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung Axialstempel aufweist, die an dem Spritzgießwerkzeug axial verfahrbar zum abdichtenden Eingriff mit den offenen Enden des in das Spritzgießwerkzeug eingelegten röhrenförmigen Textilbauteils angeordnet werden können. Diese können alternativ auch greiferseitig an zwei Mikro-Mehrachsrobotern der Handhabungsvorrichtung angeordnet sein; sie bilden in einer besonderen Ausführungsform wenigstens einen Teil der Umformmittel.
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Alternativ kann der Axialstempel auch einen Außenprofilabschnitt aufweisen, der dazu geeignet ist, die offenen Enden des röhrenförmigen Textilbauteils zu umschließen. Er weist einen konusförmigen Innendorn auf, der in den offenen Enden des Textilbauteils angeordnet werden kann.
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Darüber hinaus sollte in diesem Fall zumindest einer der Axialstempel ein hohler Axialstempel sein, der zum Aufbringen des inneren Stützdrucks mit dem Textilbauteil mit einer Fluidzuführvorrichtung verbunden werden kann.
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Schließlich kann das Spritzgießwerkzeug einen Aufnahmehakengreifer aufweisen. Dieser ist geeignet, das Textilbauteil formstabil in einer Kavität des Spritzgießwerkzeugs zu halten.
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Für die Herstellung eines Verbundbauteils aus einem rohrförmigen und mittels Thermoplasten vorkonsolidierten Textilbauteils, an das ein Kunststoff angespritzt wird, wird erfindungsgemäß die Vorrichtung wie vorstehend beschrieben verwendet. Es wird zunächst das dreidimensionale, vorkonsolidierte Textilbauteil bereitgestellt und zu der Erwärmungsvorrichtung transportiert. Dort wird das rohrförmige vorkonsolidierte Textilbauteil auf eine Erweichungstemperatur des Thermoplasten erwärmt und hierdurch biegeschlaff gemacht. Das nunmehr biegeschlaffe Textilbauteil wird umgeformt und zu einem Spritzgießwerkzeug transportiert und in dieses eingelegt. Unter Aufbringen eines inneren Stützdrucks wird das Textilbauteil nun mittels eines Kunststoffs umspritzt. Dann erfolgt das Nachkonsolidieren. Bei dem oder den Transportschritten des Textilbauteils wird ein Greifer verwendet, der erfindungsgemäß konturangepasst ist oder der ein Vakuumgreifer ist oder der über beide Funktionalitäten verfügt. Durch die Verwendung dieser Handhabungsvorrichtung wird sichergestellt, dass das biegeschlaffe Textilbauteil in der gewünschten Form gehalten wird.
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Der Greifer kann durch einen Roboter gehandhabt werden, auch durch einen Mehrachs- oder Mikro-Mehrachsroboter.
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Wetter kann ein Verfahrensschritt vorsehen, dass zunächst der innere Stützdruck in dem Textilbauteil zur Formstabilisierung desselben aufgebracht wird, indem entsprechend Axialstempel in dem rohrförmigen Textilbauteil angeordnet werden, so dass über diese ein Fluid zum Druckaufbau in das Textilbauteil eingeführt werden kann.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren dargelegt. Der Bezug auf die Figuren in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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Dabei zeigt:
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1a eine Seitenansicht auf eine Transport- und Umformvorrichtung,
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1b eine Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes Förderband,
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1c eine teilperspektivische Ansicht des Einlegens eines biegeschlaffen Bauteils mit einem Greifer in eine Spritzgießform,
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1d eine Seitenschnittansicht in die Spritzgießform mit eingelegtem Textilbauteil,
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2a den Verfahrensschritt des Transports des Textilbauteils zu einer Erwärmungsvorrichtung,
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2b den Verfahrensschritt des Einlegens und Umspritzens des Textilbauteils in der Spritzgießvorrichtung,
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3 eine Seitenansicht eines Vakuumgreifers,
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4 eine perspektivische Draufsicht auf einen Greifer,
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5a eine Seitenschnittansicht in ein mit einem Liner stabilisiertes Textilbauteil,
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5b eine Seitenschnittansicht in ein mit Gliederdorn stabilisiertes Textilbauteil,
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6a eine perspektivische Ansicht mehrerer Mikroroboter, die vor dem Umformprozess an einem rohrförmigen Textilbauteil angeordnet sind,
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6b eine Seitenschnittansicht eines konturangepassten Greifers eines Mikroroboters,
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6c den Gegenstand aus 6a nach erfolgter Umformung,
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7a eine perspektivische Seitenansicht zweier Mehrachsroboter, die über eine Trägervorrichtung an einem Roboter angeordnet sind, bei der Anordnung des Textilbauteils über einer Erwärmungsvorrichtung,
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7b den Gegenstand aus 7a bei Umformung nach der Erwärmung,
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8 eine teilperspektivische Teilschnittansicht zweier an einem rohrförmigen Textilbauteil angreifenden Mehrachsroboter mit endständigen Axialstempeln,
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9 eine perspektivische Seitenansicht auf ein schließseitiges Spritzgusswerkzeug beim Einlegen eines rohrförmigen Textilbauteils,
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10a bis 10d schematische Seitenschnittansichten des Textilbauteils in dem Spritzgusswerkzeug,
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11a eine schematische Seitenschnittansicht des Spritzgusswerkzeugs mit Hakengreifer,
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11b den Gegenstand aus 11a mit eingelegtem rohrförmigem Textilbauteil,
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11c den Gegenstand aus 11a in einer Front-Schnittansicht,
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12 den Verfahrensschritt einer lokalen Erwärmung des Textilbauteils an ausgewählten Stellen,
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13a in Seitenansicht den Verfahrensschritt der Erwärmung unter einem Infrarotstrahler bei rotieren Lassen des Textilbauteils mittels Doppelschneckenförderer,
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13b eine Querschnittansicht des auf einem Doppelschneckenförderer rotierenden Textilbauteils,
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13c in Seitenansicht den Verfahrensschritt des Transports in oder aus der Erwärmungsvorrichtung mittels Doppelschneckenförderer,
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13d Rotationsstellung und Förderstellung einer Förderscheibe des Doppelschneckenförderers.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bezieht sich auf das Handhaben, Umformen und Umspritzen von rohrförmigen, biegeschlaffen thermoplastischen Textilbauteilen, respektive FVK-Profilen, unter Verwendung von Greifvorrichtungen, die entweder der Kontur des zu umgreifenden vorkonsolidierten Textilbauteils angepasst sind oder als Vakuumgreifer ausgebildet sind; auch das Vorliegen beider Funktionalitäten ist möglich. Durch diese wird das Umspritzen und das Handhaben von solchen vorkonsolidierten und trockenen geschlossenen FVK-Profilen, auch als Rohrhalbzeug bezeichnet, ermöglicht, und die automatisierte Weiterverarbeitung dieser Halbzeuge mittels Spritzgussverfahren und Gasinjektionstechnik oder anderen Innenhochdruck-Umformverfahren wie WIT, PIT, IHU oder anderen Umformverfahren wird realisiert.
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Vorteilhaft erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung die automatisierte faserschonende Verarbeitung von textilen Rohrhalbzeugen, die aus Verstärkungsmaterialien wie Carbonfasern und Glasfasern und einer thermoplastischen Matrix, etwa aus Polyactetylen, bestehen. Die Faseranordnungen können als Geflecht oder Wickelprofil vorliegen. Die FVK-Rohrhalbzeuge werden zunächst erwärmt, etwa mittels eines Infrarotstrahlers außerhalb des Spritzgießwerkzeugs, wodurch die feste Struktur der Prepregs in einen biegeschlaffen Zustand übergeht, da das Erweichen des Thermoplasten erfolgt. Durch diesen biegeschlaffen Zustand des Rohrhalbzeuges werden dessen Handhabung und das Vorformen des Halbzeuges und die Beschickung des Spritzgusswerkzeuges sowie das Umspritzen extrem erschwert.
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Eins solche erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundbauteils aus einem rohrförmigen, mittels Thermoplasten vorkonsolidierten Textilbauteils 1, an das ein Kunststoff angespritzt wird, umfasst daher, wie 1a zeigt, als Erwärmungsvorrichtung eine Kammer mit IR-Strahler 2 für das vorkonsolidierte Textilbauteil 1, ein Spritzgießwerkzeug 3 (1d), Umformmittel und Transportmittel zum Transportieren des Textilbauteils 1 in die IR-Strahler-Kammer 2 und in das Spritzgießwerkzeug 3. Als Umformmittel und Handhabungsvorrichtung wird dort ein Roboter 6 verwendet an dessen Arbeitsende ein Biegegreifer 7, der mittels Vakuum arbeitet, angeordnet ist, und der das aus der IR-Strahler-Kammer 2 kommende, auf einem Förderband 5 mit einer vorteilhaft dem Bauteilquerschnitt konturangepassten Form (1b) transportierte biegeschlaffe Textilbauteil 1 faserschonend übernimmt und im Anschluss das Spritzgusswerkzeug 3 beschickt. Durch die Form des Förderbandes 5 wird das Wegrollen der Flechthalbzeuge verhindert und eine optimale Lage und Stützung für den späteren Greifprozess ermöglicht. Wie zu sehen ist, hat das Textilbauteil 1 vor dem Eintreten in die IR-Strahler-Kammer 2 einen runden Querschnitt Q1, der sich danach zu einem ovalen Querschnitt Q2 verbreitert. Ein gänzliches Kollabieren des textilen Halbzeuges (Geflechtrohr etc.) ist jedoch zu unterbinden, dies lässt sich durch die Erwärmungstemperatur steuern, die so gewählt wird, dass das Halbzeug lediglich die beschriebene Querschnittsveränderung vollzieht.
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Der Roboter 6 mit Greifer 7 ermöglicht die Übergabe des Textilbauteils 1 an das Spritzgießwerkzeug 3, siehe 1c.
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Der beim Umspritzen, das nach dem 2K-Verfahren erfolgen kann, vorhandene Spritzdruck wird abgefangen, indem Stützmittel zur einen inneren Stützdruck bzw. Rohrinnendruck in dem Textilbauteil 1 aufbauen und so das Bersten bzw. das Kollabieren des Halbzeugs verhindern.
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Um den inneren Stützdruck in dem Textilbauteil 1 zu schaffen, können Liner 11, siehe 5a, oder Gliederdorne 12, siehe 5b, aber auch Seile oder Schläuche, die flexibel sind und eine höhere Erweichungstemperatur besitzen als das Textilbauteils, in dieses eingeführt werden.
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Alternativ kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Axialstempel 13 aufweisen, siehe 1d, von denen jeder an einem Hydraulikzylinder 10 axial verfahrbar zum abdichtenden Eingriff mit offenen Enden des in das Spritzgießwerkzeug eingelegten röhrenförmigen Textilbauteils 1 angeordnet ist. Die Axialstempel sind dort mit einer Zuführvorrichtung für warmes Gas zum Aufbringen des Stützdrucks versehen. Sie ragen in die offenen Enden des röhrenförmigen Textilbauteils hinein und fixieren es in der Spritzgießform 3.
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Statt Gas kann alternativ auch mittels einer Fluidzuführvorrichtung 21 eine Flüssigkeit als Stützmittel in das röhrenförmige Textilbauteil gefüllt werden; siehe 8. Dort sind im Übrigen die Axialstempel 13 greiferseitig an zwei Mikro-Mehrachsrobotern 8 der Handhabungsvorrichtung angeordnet und sie haben einen die offenen Enden des röhrenförmigen Textilbauteils 1 umschließenden Außenprofilabschnitt und einen konusförmigen Innendorn, der in den offenen Enden des Textilbauteils 1 anordenbar ist. Dabei ist einer der Axialstempel 13 hohl und verfügt über die Fluidzuführvorrichtung 21.
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Die Temperierung des Spritzgießwerkzeugs 3 kann im Übrigen variotherm/induktiv intern oder extern des Werkzeugs erfolgen.
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So lassen sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung FVK-Rohre für den Einsatz im Automobilbau, etwa für ein Querträgeruntercockpit oder einen Frontendträger schaffen; ein weiteres Beispiel ist ein Drehstab. Sämtliche derartigen Bauteile sind hinsichtlich Form, Verwendung und Beschaffenheit dem Fachmann bestens vertraut und werden daher hierin nicht weiter ausgeführt.
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Bei der in 2a und 2b gezeigten Variante der Vorrichtung und daher auch des Verfahrens, erfolgt das Handling während des gesamten Fertigungsablaufs mittels eines Mehrachsroboters 6. Als Halbzeugmaterial liegen durch Flechtpultrusion oder Wickelverfahren hergestellte geschlossene FVK-Textil-Profile 1 vor. Die Halbzeuge 1 werden über IR-Strahler 2 erwärmt und mittels eines Vakuumgreifers 7 des Roboters 6, der die Steuerung des Greifers 7 übernimmt, aufgenommen und anschließend wird das Halbzeug 1 im Greifer 7 liegend ggf. anschließend zusätzlich mittels IR-Strahler, auf Umformtemperatur, gehalten/erwärmt. Im Anschluss wird das Werkzeug 3 mit dem nun biegeschlaffen Halbzeug 1 beschickt.
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Wie in der vorgenannten Variante bietet sich eine Arretierung und Fixierung des Halbzeugs 1 mittels Axialstempeln an.
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Im Anschluss folgt der Schritt der Querschnittsveränderung und Umspritzung zur Funktionsintegration und Stabilisierung mit spritzbaren Thermoplasten (PA, PPA, PEEK, etc.). Diese beiden Schritte können im kombinierten Werkzeug mittels GIT-Technik (WIT, PIT, IHU, ...) und anschließendem Umspritzen der äußeren Struktur zur Realisierung der nötigen Funktionsintegration erreicht werden.
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In den 3 und 4 wird die Beschaffenheit eines Greifers 7 für das Handling von biegeschlaffen Rohrhalbzeugen 1 mittels Vakuumtechnik aufgezeigt.
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Die Fixierung des Halbzeuges 1 erfolgt mittels Unterdruck der an den Greifer 7 angelegt wird. Über die perforierte (Perforation 7'') gewölbte (der Rohrkontur angepassten) Kontaktfläche 7' wird die gewünschte Saugwirkung auf das Halbzeug 1 erreicht. Der Mehrachsroboter 6 ist über eine Greiferaufnahme 6' mit dem Greifer 7 verbunden. Alternativ ist die Realisierung auch über Endeffektoren, z. B. Vakuumsauger, möglich, die dem Fachmann bekannt sind, um die gewünschte Saugwirkung auf das Halbzeug zu erreichen.
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Durch Ansaugung des Rohrhalbzeuges 1 an den Greifer 7, kann dieses faserschonend und sicher transportiert werden. Ein sicheres Handling wird daher auch dann gewährleistet, wenn das erwärmte Halbzeug 1 in einem biegeschlaffen Zustand vorliegt. Es wird vorgeschlagen, die Kontaktfläche des Greifers 7 etwa mit Teflon oder einer anderen Antihaftbeschichtung zu versehen, um ein Anhaften des weichen Thermoplasten zu verhindern.
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Die Steuerung des Greifersystems und die Zuführung des Unterdrucks werden über den einen Mehrachsroboter 6 geleistet, der ferner einen sehr hohen Automatisierungsgrad bei größter Flexibilität entsprechend der Geometrie zulässt und einen sehr sicheren und präzisen Prozessablauf erlaubt. Darüber hinaus kann vorteilhaft das Kollabieren des Textilbauteils 1 bzw. Halbzeugs 1 durch den aufgebrachten Gas-Stützdruck (Wasserdruck, etc.) im Spritzgusswerkzeug verhindert werden.
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In einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein freies FVK-Umformen mittels Mikro-Mehrachsrobotern 8 nach dem sogenannten Medusa-Konzept vorgeschlagen.
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Ein möglicher Aufbau des FVK-Halbzeuges 1 mit eingebrachtem Liner 11 aus Thermoplast, oder Aluminium etc. ist in 5a gezeigt und ergibt anwendungsspezifische und fertigungstechnische Vorteile, z. B. bei der Anwendung des Wickelverfahrens, des Flechtverfahrens oder der Kombination aus beidem.
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Des Weiteren wird der Biege-Umformvorgang durch den eingebrachten Liner 11 unterstützt. Außerdem lässt sich das GIT-Verfahren auf verbesserte Weise umsetzen, da ein Durchdringen des Druckmediums durch das biegeschlaffe FVK-Halbzeug 1, in dem der Liner 11 als Diffusionssperre fungiert, von vornherein, unterbunden wird und das Kollabieren des erwärmten FVK-Halbzeuges 1 verhindert wird und das Handling dadurch deutlich vereinfacht wird.
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Um dies zu gewährleisten sollte die Erweichungstemperatur des Liners 11 höher liegen, als die des FVK-Halbzeuges 1. Es bieten sich zwei Möglichkeiten, die höhere Erweichungstemperatur des Liners 11 zu gewährleisten. Zum einen wäre es möglich, einen Linerwerkstoff zu wählen, der eine höhere Erweichungs-/Schmelztemperatur als das FVK-Halbzeuges 1 aufweist, wie etwa Aluminium oder thermoplastische Kunststoffe oder andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien.
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Zum Zweiten lässt sich die Erweichungstemperatur bzw. die Erwärmung des Liners über den IR-Strahler, über die Struktur bzw. Farbe des Linerwerkstoffes realisieren. Diese kann so eingestellt werden, dass der Liner die IR-Strahlung des IR-Strahlers in geringerem Maße absorbiert und so keine oder nur eine geringe Erwärmung des Materials stattfindet.
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Alternativ zu dem Liner 11 kann der Gliederdorn 12, siehe 5b, eingesetzt werden. Der Gliederdom oder alternativ ein Seil oder Schlauch stützt das erwärmte Textilbauteil 1 während des Umformprozesses und wird ein Kollabieren unterbinden.
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Wenn die Umformung des Textilbauteils 1 über das in 6a und 6b dargestellte Medusa-Prinzip erfolgt, geschieht die Umformung des erwärmten Textilbauteils 1 über die gezeigten Mikro-Mehrachsroboter 8, die ein freies Umformen des gesamten Textilbauteils 1 möglich machen. Dabei sind die Mikro-Mehrachsroboter 8 über eine Trägerplatte 6' und an dem Roboter 6 befestigt. Durch diesen wird auch das Beschicken des Spritzgusswerkzeuges 3 ermöglicht.
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Wie zu sehen ist, insbesondere durch 6b, haben die Greifer 17 einen konturangepassten Querschnitt. Sie sind über Aufnahmen 17' an den Mikrorobotern 8 befestigbar. Ferner sind sie temperiert, um das Auskühlen des Textilbauteils 1 an den Greiferkontaktstellen zu vermeiden. Der Anlagebereich ist mittels Heizdrähten 17' temperiert und gegen Zugluft abgeschottet, z. B. durch das Einhausen der Maschine. An ihrer Kontaktfläche zu dem Textilbauteil 1 weisen die Greifer 17 eine Antihaftbeschichtung auf und sind perforiert ein Anhaften des Textilbauteils 1 zu vermeiden Durch diese Gestaltung der Greifer 17 wird die Prozesskonstanz deutlich erhöht und verbessert. Ein lokales Auskühlen würde den Umformprozess extrem erschweren.
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Während 6a das noch nicht umgeformte rohrförmige Textilbauteil 1 zeigt, ist in 6b der Zustand des bereits verformten Halbzeuges 1 dargestellt.
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Die ausgeführte Verfahrens- und auch Vorrichtungsvariante 4 basiert auf dem Medusa-Konzept, aber die Mikro-Mehrachsroboter 8 werden hier lediglich an den Umformstellen partiell angeordnet. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Mikro-Mehrachsroboter 8 entscheidend verringert und die Betriebsmittelkosten werden deutlich gesenkt.
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Bei ausreichend steifen Textilbauteilen 1 und einfachen Geometrien (gerade Profile) ist auch das Angreifen der Mikro-Mehrachsroboter 8 nur an den Rohrenden denkbar. Die Verformung des FVK-Profils ist dann durch lediglich zwei Mikro-Mehrachsroboter 8 denkbar, wie 7a und 7b zeigen. In 7a ist die Erwärmung über einem IR-Strahler 2 aufgezeigt, 7b zeigt den Umformprozess, der mittels der beiden Mikro-Mehrachsroboter 8 ausgeführt wird, die über die Trägerplatte 6' mit dem Roboter 6 verbunden sind.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung, in der die Umformung mittels nur zwei Mikro-Mehrachsrobotern 8 erfolgt (8), greifen diese Mehrachsroboter 8 nur an den Halbzeugenden an. Das Aufnehmen des Textilbauteils 1 erfolgt mittels spezieller Greifer 17, die quasi konturangepasst sind und die das Textilbauteil 1 sowohl von innen durch einen konisch zulaufenden Axialstempel 13, als auch durch eine von außen anliegende Hülse führen. Dadurch wird das Abgleiten des Textilbauteils 1 während des Umformprozesses vermieden. Über den rechten Axialstempel 13 kann ein Druckmedium mittels der Zuführung 21 temperiert und druckgesteuert zugeführt werden. Dadurch kann zum Einen der erforderliche Stützdruck aufgebracht werden, um ein teilweises Kollabieren des Textilbauteil 1 und des Rohres zu vermeiden, zum Anderen besteht so die Möglichkeit über den aufgebrachten Druck eine Querschnittsänderung herbeizuführen.
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In 9 wird das Aufnahmesystem des Spritzgießwerkzeugs, dort in der schließseitigen Hälfte 3', für das Textilbauteil 1 gezeigt. Die Aufnahme-Hakengreifer 14, die als bewegliche Voreiler ausgebildet sind, sollen die Übergabe des biegeschlaffen Textilbauteils 1 vom Vakuumgreifer 7 zum Spritzgusswerkzeug 3 ermöglichen. Das biegeschlaffe Textilbauteil 1 wird mittels Vakuumgreifer 7 in die Kavität gelegt. Die vorgestellten Aufnahme-Hakengreifer 14 ermöglichen dann die Fixierung des Textilbauteils 1 und verhindern ferner unerwünschtes Kollabieren des Halbzeugs 1, so dass sich diese auf gewünschte Weise in die Kavität des Spritzgießwerkzeugs 3 einlegen lässt; siehe 10a und 10b.
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Kollabiert das Halbzeug 1, so wird das Beschicken des Werkzeuges 3 extrem erschwert; siehe 10c und 10d: Das Halbzeug 1 lässt sich nicht in die Kavität einlegen und wird und während des Beschickens zwischen den Werkzeughälften eingeklemmt und schwer geschädigt.
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Ferner ist bei Kollaps des vorkonsolidierten Textilbauteils 1 die Querschnittsvariation des Bauteils 1 bei konstantem Umfang mittels Innendrucktechnik nicht möglich, da die Arretierung der Axialstempel behindert ist.
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Um die Aufnahme-Greifer 14 aufnehmen zu können, muss die bewegliche Werkzeugseite dementsprechende Vertiefungen besitzen, in denen die Aufnahme-Greifer 14 bei geschlossenem Werkzeug 3 positioniert werden können. In 11a (geöffneter Zustand des Werkzeugs 3) und 11b ist dies im Wesentlichen gezeigt. In 11a wird das Werkzeug 3 im geöffneten Zustand dargestellt, die Aufnahme-Hakengreifer 14 liegen frei, sind vorgefahren, und ermöglichen so die Aufnahme des Halbzeuges 1.
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Im geschlossenen Werkzeug hingegen liegt der Hakengreifer 14 in der Kavität der Düsenseite 3'' an; er wird durch einen Hydraulikschieber 18 betätigt. Die Steuerung und Bewegung des Aufnahme-Hakengreifers 14 erfolgt also über ein Aktorsystem. Das Einspritzen des Kunststoffs erfolgt durch die Vorrichtung 19.
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Nachdem das vorkonsolidierte Textilbauteil 1 in das Spritzgusswerkzeug 3 eingebracht wurde, fahren die Aufnahme-Hakengreifer 14 teilweise zurück in das Spritzgusswerkzeug 3 (Schließseite 3') und fixieren und arretieren so das Textilbauteil 1 im Werkzeug 3.
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11c stellt das Spritzgusswerkzeug 3 nochmals im Schnitt dar und soll den Einsatz der Axialstempel 13 verdeutlichen. Die Axialstempel 13 dienen der Arretierung des Halbzeuges 1 und fixieren es zusätzlich. Des Weiteren erfolgt über die Axialstempel 13 über die Zuführung 21 das Beaufschlagen mit Fluid, um den Stütz- und Umformdruck aufzubringen. Je nach Innendruckumformverfahren werden unterschiedliche Druckmedien verwendet; etwa Gas (Stickstoff und Luft) oder Flüssigkeiten, um so die gewünschte Querschnittsvariation des Halbzeuges zu ermöglichen.
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Über die Spritzgussmaschine wird der abschließende Spritzgussprozess gegebenenfalls auch als Zweikomponentenspritzguss für die Funktionsintegration und Stabilisierung, ggf. für das GIT-Verfahren (WIT, PIT, IHU, ...) ermöglicht.
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So können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung schwere Metallrohre in Kraftfahrzeugen durch leichte FVK-Rohre 1 bei Kosteneinsparung ersetzt werden. Dabei ermöglichen die erfindungsgemäß eingesetzten vorgestellten Greifer 7, 17 erstmals ein faserschonendes Handling von FVK-Rohrhalbzeugen. Die offenbarte Greifertechnik in Verbindung mit dem Mehrachsroboter 6, 8 ermöglicht einen sehr hohen Automatisierungsgrad sowie einen sehr sicheren und präzisen Prozessablauf; ferner wird das automatisierte Beschicken des Spritzgusswerkzeuges zur weiteren Bearbeitung, etwa unter Querschnittsveränderung mittels GIT (WIT, PIT, IHU, ...) und Funktionsintegration durch Spritzguss mittels der Mehrachsroboter 6, 8 realisiert, wodurch das Einlegen von Hand entfällt und die Produktionskosten deutlich gesenkt und die Qualität verbessert werden.
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Die Medusa-Konzepte, die die Umformung mittels Mikro-Mehrachsrobotern 8 ausführen, sind neu und flexibel in dieser Anwendung und erlauben das freie Umformen von vorkonsolidierten Textilbauteilen 1 bei geringen Rüst- und Betriebskosten. Durch dieses Konzept ist das dreidimensionale Umformen von FVK-Strukturen gegebenenfalls sogar mit hohen Umformgraden möglich.
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Weiter wird durch den hohen Automatisierungsgrad eine sehr gute Reproduzierbarkeit und Qualität ermöglicht und es kann auf weitere Vorformprozesse oder schwierige Umformprozesse innerhalb des Spritzgusswerkzeuges verzichtet werden.
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Durch das Aufnahme-Hakengreifersystem im Spritzgusswerkzeug wird ferner eine konstruktive Lösung aufgezeigt, die es ermöglicht biegeschlaffe Textilen in das Spritzgusswerkzeug einzubringen, zu arretieren und ihr Kollabieren zu vermeiden. Die Anwendung des GIT-Verfahrens oder alternativ von WIT-, PIT- und IHU-Verfahren zur Weiterverarbeitung der biegeschlaffen Textilbauteile ermöglicht vorteilhaft das Aufbringen von Stütz- und Umformdruck zur Funktionsintegration und Querschnittsvariation mittels Spritzguss, ohne dass das Kollabieren des Halbzeuges auftritt.
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12 zeigt eine Verfahrensvariante, die mehrere vereinzelte Infrarotstrahler 2 verwendet, um das Textilbauteil 1 lokal an vorgesehenen Stellen 1, jedoch ringsum zu erwärmen, so das sich im Abkühlprozess nach der Erwärmung singuläre feste Zonen ausbilden, die dem Textilbauteil 1 eine bestimmte verbesserte Formstabilität etwa mit dem Querschnitt Q1 verleihen, was für den Transport des Textilbauteils 1 und die Positionierung in Umform- bzw. Spritzgießwerkzeugen eine erhebliche Erleichterung darstellt. Die lokale umfängliche Erwärmung des Textilbauteils 1 an den vorbestimmten Stellen 1 kann mittels rotieren Lassen (angedeutet mit Pfeil r) des Textilbauteils 1 unter den vereinzelten Infrarotstrahlern 2 erfolgen. Zu diesem Zweck kann der als Transportmittel alternativ zu dem in Zusammenhang mit 1a und 1b beschriebenen Förderband 5 eingesetzte Doppelschneckenförderer verwendet werden, nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf 13a bis 13d.
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Wie in der Schnittansicht in 13b zu sehen ist, liegt das Textilbauteil 1 auf den Förderscheiben 5'' zweier paralleler, gleichsinnig in Richtung R drehenden Förderschnecken 5' auf und rotiert dabei in entgegengesetzter Richtung r. Die Förderschnecken 5' weisen verstellbare Förderscheiben 5'' auf, wobei eine Schrägstellung der Scheiben 5'' den Förderzustand und -richtung beschreibt. Beide Förderschnecken 5' werden dabei nicht nur gleichsinnig sondern auch mit der gleichen Stellung der Förderscheiben 5'' betrieben. 13d verdeutlicht auf der linken Seite die Rotationsstellung einer Förderscheibe 5'' und auf der rechten Seite eine Förderstellung der Förderscheibe 5'', in der sie in Bezug zu der Förderscheibe 5'' in Rotationsstellung, in der die Förderscheibe 5'' senkrecht zur Längsachse A der Förderschnecken 5' angeordnet ist, um einen Winkel α in Förderrichtung geneigt ist.
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Mit den Förderscheiben 5'' in Förderstellung kann das Textilbauteil 1 (vgl. 13c) in die Erwärmungsvorrichtung 2 in Richtung von Pfeil a transportiert bzw. daraus abgefördert werden. Sobald sich das Textilbauteil 1 unter dem Infrarotstrahler 2 befindet, werden die Förderscheiben 5'' auf Rotationsstellung, d. h. senkrecht zur Längsachse A der Förderschnecke 5' geschaltet. Das bedeutet, dass der Fördermodus aussetzt und dabei vorteilhafter Weise das Textilbauteil 1 durch die weiterlaufende gleichsinnige Schneckenrotation R in Umfangsrichtung r gedreht und somit gleichmäßig von dem Infrarotstrahler 2 erwärmt wird. Hierzu ist nur ein Wärmestrahler, bzw. eine Wärmestrahlerleiste erforderlich, die oberhalb des Doppelschneckenförderers angeordnet ist. Eine separate Handlingsvorrichtung, die das Textilbauteil 1 innerhalb der Erwärmungsvorrichtung 2 dreht, entfällt ebenfalls. Mit dieser einfachen und wenig anfälligen Ausführungsform des Transportmittels in die Erwärmungsvorrichtung 2 hinein und wieder hinaus ist eine Handlingsvorrichtung zum umfangsseitigen Drehen des Textilbauteils 1 bereits umfasst.
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Nach abgeschlossener Erwärmung und evtl. Abkühlung in der gleichen Vorrichtung werden die Förderscheiben 5'' wieder in Förderstellung schräg gestellt, so dass das Textilbauteil 1 aus der Erwärmungsvorrichtung 2 herausgefordert wird. Hierbei ist es ferner denkbar, dass die Förderscheiben 5'' in entgegengesetzt geneigter Stellung quasi eine Abförderstellung einnehmen, so dass das Textilbauteil 1 auch wieder zurückgefahren werden kann, beispielsweise wenn bauliche Gegebenheiten eine unidirektionale Förderung verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005053072 A1 [0002]
- DE 102007057225 A1 [0003]
- DE 102005047645 A1 [0004]
