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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Formkörper zum Leiten von Luft für einen Motor nach Anspruch 1. Ferner umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers zum Leiten von Luft für einen Motor nach Anspruch 6 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Herstellungsverfahrens nach Anspruch 13.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Formkörper bekannt, die Fasern als festigende Schicht aufweisen. Beispielsweise offenbart
DE 10 2008 059 795 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Druckschlauches, bei dem um ein erstes rohrförmiges Schlauchelement ein Gewebeschlauch aufgezogen wird. Ferner ist es aus dem Stand der Technik bekannt, derartige Schläuche in einem zweiten Extrusionsschritt mit einer Außenschicht zu versehen, wonach der extrudierte Gesamtschlauch in Stücke geschnitten wird, die anschließend einzeln auf einen Kern gezogen werden und dort durch Temperatureinwirkung auf ihre endgültige Form gebracht werden.
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Nachteilig bei derart hergestellten Schläuchen aus dem Stand der Technik ist, dass es diesen grundsätzlich an Formstabilität vor allem in Längs/Achsrichtung der Krümmungsbereiche bzw. in Dickenrichtung bei hohen Drücken, insbesondere bei zusätzlichen hohen Temperaturen, die zu einer Erweichung des Schlauches führen, fehlt. Ferner wird die Verstärkung in Form des Gewebeschlauches nicht speziell auf die Anforderungen des geformten Druckschlauches angepasst. Im Gegenteil, durch die Formung (in anderen Worten Krümmung) des Druckschlauches nach Aufbringen der Verstärkungslagen, -geflechte, -gewirke des Gewebeschlauches in gerader Richtungsweise wird diese Verstärkung in den inneren Radien von Krümmungen gestaucht, während diese in den äußeren Radien der Krümmungen gedehnt werden, sodass das Endprodukt die Tendenz hat wieder die (gerade) Form vor Formung anzunehmen und somit unter innerem Druck eine ungewünschte Eigendynamik in eine Verbindung von mithilfe des Druckschlauches verbundenen Werkstücken bringt.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde einen Formkörper zum Leiten von Luft für einen Motor derart weiterzubilden, dass der Formkörper eine erhöhte Formstabilität aufweist. Ferner soll der Formkörper derart ausgebildet sein, dass die Verstärkung des Formkörpers individuell und zielgerichtet aufgebracht ist, und zwar derart, dass der Formkörper nach Fertigstellung möglichst keine Tendenz zu einer Verformung durch Streck- und Dehnbewegungen aufweist.
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Die oben genannten Aufgaben werden gelöst durch einen Formkörper zum Leiten von Luft für einen Motor nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers zum Leiten von Luft für einen Motor nach Anspruch 6 sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Herstellungsverfahrens nach Anspruch 13.
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Erfindungsgemäß weist der Formkörper zum Leiten von Luft für einen Motor einen inneren Festigkeitsträger und einen äußeren Festigkeitsträger auf. Dabei ist der innere Festigkeitsträger und der äußere Festigkeitsträger in Dickenrichtung des Formkörpers beabstandet zueinander angeordnet.
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Insbesondere ist der Formkörper schlauchförmig ausgebildet. Bei dem Formkörper handelt es sich vor allem um ein Verbindungsstück, insbesondere einen Schlauch, bevorzugterweise einen Druckschlauch. Ferner kann es sich bei dem Formkörper um einen Bogen oder ein wellenförmig ausgebildetes Verbindungsstück, so wie bspw. einen Wellenbalg, handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem Motor um einen Verbrennungsmotor. Bevorzugterweise ist der Formkörper zum Leiten von Ladeluft für den Motor ausgebildet. Somit ist der Formkörper zur Luftansaugung oder Aufladung, bspw. für eine Turbine, ein Rootsgebläse oder einen elektrischen Verdichter ausgebildet. Insbesondere beim Leiten von Ladeluft können aufgrund der hohen Kompression dieser hohe Überdrücke auftreten, die eine besonders hohe Formstabilität des Formkörpers fordern, um unerwünschte Bewegungen und Kräfteeintrag in die Anschlußteile zu vermeiden. Dazu kommen hohe Temperaturen, die dem Formkörper ebenfalls eine hohe Stabilität abverlangen, da sie den Formkörper erweichen. Ferner ist der Formkörper insbesondere nicht geradlinig ausgebildet, sondern weist mindestens eine Krümmung, häufig jedoch mehrere Krümmungen, auf.
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Unter dem Begriff „Dickenrichtung“ ist bei einem insbesondere schlauchförmig ausgebildeten Formkörper die radiale Richtung gemeint. Insbesondere weist der Formkörper in radialer Richtung stets zwei gegenüberliegende Wandabschnitte auf. Dabei sind in jedem Wandabschnitt ein innerer Festigkeitsträger und ein äußerer Festigkeitsträger in radialem Abstand zueinander angeordnet. Es liegt der äußere Festigkeitsträger bevorzugterweise radial weiter außen als der innere Festigkeitsträger.
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Unter dem Begriff „Festigkeitsträger“ ist eine Lage oder Schicht zu verstehen, die dem Formkörper Festigkeit, insbesondere Zug- und/oder Druckfestigkeit, vor allem in Dicken- und/oder Längsrichtung dessen Mittelachse verleiht. Somit ist der Festigkeitsträger insbesondere als Verstärkungslage oder Verstärkungsschicht ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße beabstandete Anordnung und insbesondere einer unterschiedlichen Konstruktion des äußeren Festigkeitsträger und des inneren Festigkeitsträger weist der Formkörper somit zwei unabhängige Verstärkungsschichten auf, die dem Formkörper eine besondere Formstabilität gewähren. Dabei sind die Festigkeitsträger bevorzugterweise im Formkörper eingebettet ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Festigkeitsträger vollkommen vom Formkörper, bevorzugterweise von mindestens einer Schicht des Formkörpers, zumindest in radialer äußerer Richtung des Formkörpers umschlossen werden. Auch an den Stirnseiten des Formkörpers können die Festigkeitsträger vollkommen umschlossen sein. Die Festigkeitsträger sind somit bei äußerer Betrachtung des Formkörpers nicht unbedingt ersichtlich.
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Bevorzugterweise ist zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger des Formkörpers eine, insbesondere extrudierte, Schicht angeordnet. Eine extrudierte Schicht wurde durch Extrusion aufgebracht. Bei der extrudierten Schicht handelt es sich vor allem um eine Decklage, die den inneren Festigkeitsträger umhüllt und somit abdeckt. Allerdings kann diese Decklage auch anders, z.B. durch Sprühen, Tauchen oder Wicklung aufgebracht werden. Auf die Decklage ist insbesondere der äußere Festigkeitsträger aufgebracht.
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Ferner bevorzugt ist auf dem äußeren Festigkeitsträger eine Außenlage aufgebracht, die die radial äußerste Schicht des Formkörpers bildet. Die Außenlage ist vor allem durch ein Spritzgussverfahren gebildet. Auch eine andere Aufbringung, z.B. durch Sprühen, Tauchen oder Wicklung, ist möglich.
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Der innere Festigkeitsträger ist bevorzugterweise auf eine Innenseele des Formkörpers aufgebracht. Eine Innenseele bildet bevorzugterweise die radial innerste Schicht des Formkörpers und weist eine Stabilität aber auch Elastizität auf, die erlaubt, auf der Innenseele weitere Schichten, wie bspw. den inneren Festigkeitsträger, aufzubringen. Dabei kann eine Innenseele noch weitere erwünschte Eigenschaften, wie beispielsweise eine Medienundurchlässigkeit, aufweisen. Die Innenseele ist insbesondere schlauchförmig ausgebildet.
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Die Innenseele, der innere Festigkeitsträger und die darauf angeordnete Schicht bilden insbesondere einen Rohling, der durch den inneren Festigkeitsträger einfach verstärkt ausgebildet ist. Unter einem Rohling ist daher insbesondere ein Stück einer bestimmten Länge einer mit einem inneren Festigkeitsträger und einer darauf aufgebrachten Schicht versehenen Innenseele zu verstehen.
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Die Innenseele und/oder die zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger angeordnete Schicht und/oder die Außenlage ist insbesondere aus einem elastomeren Werkstoff gebildet. Insbesondere ist die Innenseele und/oder die zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger angeordnete Schicht und/oder die Außenlage aus mindestens einem Kautschuk gebildet. Dabei handelt es sich vor allem um Silikonkautschuk (SI) oder Synthesekautschuk, wie bspw. Chloropren-Kautschuk (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Fluorkautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Äthylen-Methylacrylat-Ter-Kautschuk (AEM), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder Polybutadien-Kautschuk (BR), oder einer Kombination der vorgenannten Kautschuke sowie thermoplastische Elastomere oder elastische Thermoplaste.
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Insbesondere ist der innere Festigkeitsträger derart auf die Innenseele aufgebracht, dass diese von dem inneren Festigkeitsträger ummantelt ist. Vorteilhafterweise ist der innere Festigkeitsträger des Formkörpers als mindestens ein textiles flächenförmiges Gebilde ausgebildet. Ferner kann der innere Festigkeitsträger durch mehrere textile flächenförmige Gebilde gebildet sein. Mit dem Begriff „textiles flächenförmiges Gebilde“ ist vor allem ein textiler Verbundstoff aus Fasern oder Fäden oder Garnen gemeint, insbesondere ein Gewirk, Gewebe, Gestrick oder Geflecht, das im Wesentlichen flächig ausgebildet ist. Das textile flächenförmige Gebilde kann ebenso schlauchförmlich, insbesondere strumpfförmig, ausgebildet sein, sodass es vorteilhafterweise um die Innenseele gestülpt ist. Ferner kann das textile flächenförmige Gebilde plan, insbesondere streifenförmig oder bandförmig, ausgebildet sein, bevorzugterweise in der Form mindestens einer textilen Stoffbahn, die insbesondere durch Umwickelung, Umflechtung, Umwirkung oder Umlegen um die Innenseele aufgebracht ist.
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Insbesondere ist der äußere Festigkeitsträger als mindestens ein textiles linienförmiges Gebilde ausgebildet. Ein textiles linienförmiges Gebilde ist vor allem derart ausgebildet, dass dessen Querausdehnung im Vergleich zu dessen Länge zu vernachlässigen ist, sodass sich das Gebilde im Wesentlichen entlang seiner Längssachse ausgebildet ist. Ferner kann der äußere Festigkeitsträger durch mehrere textile linienförmige Gebilde gebildet sein. Unter einem textilen linienförmigen Gebilde ist vor allem ein Garn, ein Filament, Cord oder ein Faden zu verstehen. Dabei kann das Garn aus einem einzigen Filament gebildet sein, sprich als Monofil ausgebildet sein, oder aus mehreren Filamenten bestehen, sprich als Multifil ausgebildet sein. Ferner kann unter einem linienförmigen textilen Gebilde eine Kordel verstanden werden. Der äußere Festigkeitsträger ist insbesondere durch Umwickelung, Umflechtung, Umstrickung, Umwirkung oder Umlegen um den einfach verstärkten, mit einer Schicht versehenden Rohling aufgebracht. Der äußere Festigkeitsträger kann ebenso durch ein flächenförmiges textiles Gebilde, wie bspw. einem Band, gebildet sein.
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Vorteilhafterweise ist der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger spezifisch an die Form und/oder die Anforderungen des Formkörpers angepasst angeordnet. Insbesondere ist die Anordnung derart ausgeführt, dass eine spezifische Festigkeit und somit Formstabilität entlang der Länge des Formkörpers erreicht wird, die an die jeweiligen Anwendungsmöglichkeiten des Formkörpers angepasst ist. So sind der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger insbesondere derart angeordnet, dass sie an die zu erwartenden Kräfte, die auf den Formkörper wirken, angepasst sind. Bspw. sind der innere Festigkeitsträger und der äußere Festigkeitsträger derart angeordnet, dass die entsprechend gerichteten Fasern oder Fäden oder Garne zweckbestimmt die Kräfte in axialer und/oder radialer Richtung beherrschen und somit eine Ausdehnung des Formkörpers in axialer und/oder radialer Richtung vermeiden oder zumindest reduzieren. Der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger ist somit dazu ausgebildet, die Ausdehnung des Formkörpers in axialer und/oder radialer Richtung zu verhindern. Dazu ist insbesondere der äußere Festigkeitsträger in definierten Richtungen aufgebracht, wobei die Richtungen von der Kontur des Formkörpers abhängen. Unter den Richtungen sind vor allem definierte Winkel zu verstehen, unter denen der äußere Festigkeitsträger, insbesondere in Bezug auf die Längsachse des Formkörpers, abgelegt ist. In Folge verändert der insbesondere gekrümmt ausgebildete Formkörper seine Gestalt nicht bzw. nur geringfügig. Er bringt somit bei seiner Verwendung als Verbindungsstück keine Bewegung und Kräfte in eine Verbindung zwischen mithilfe des Formkörpers verbundenen Teile, bspw. Stutzen oder Gehäuse, mit. Diese Eigenschaft ist vor allem bei Anwendungen mit Druckstößen oder Druckpulsen, wie sie bspw. bei der Ladeluft von Motoren verwendet werden, vorteilhaft.
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Insbesondere ist der äußere Festigkeitsträger auf einen die Form des Formkörpers aufweisenden Rohling des Formkörpers aufgebracht, wobei der Rohling die Innenseele, den inneren Festigkeitsträger und die darauf aufgebrachte Schicht umfasst. Dies hat den Vorteil, dass der Formkörper nicht in die gewünschte Form des Formkörpers gebracht wird, während sämtliche Verstärkungsschichten, sprich auch der äußere Festigkeitsträger, bereits aufgebracht sind. Dadurch wird der äußere Festigkeitsträger bzw. dessen Anordnung, nicht durch eine Formung des Rohlings bzw. des Formkörpers in die endgültige Form verändert. In gekrümmten Bereichen des Formkörpers ist somit die Anordnung des den äußeren Festigkeitsträger bildenden textilen linienförmigen oder flächenförmigen Gebildes nicht nach Formung im Vergleich zur aufgebrachten Anordnung an einer Seite gestaucht und an der gegenüberliegenden Seite gestreckt.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers zum Leiten von Luft für einen Motor, das die Herstellung eines Rohlings, das Formen des Rohlings in die gewünschte Form, insbesondere finale Form, des Formkörpers und das Aufbringen eines äußeren Festigkeitsträgers des Formkörpers auf den in die finale Form des Formkörpers gebrachten Rohling umfasst.
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Unter dem Begriff „Formen des Rohlings in die gewünschte Form des Formkörpers“ ist vor allem ein Krümmen des Rohlings zu verstehen. Der Rohling weist vor Formung insbesondere eine geradlinige Form auf. In anderen Worten ist der Rohling als gerades Rohrstück geformt. Unter Form des Formkörpers ist vor allem eine grobe Formgebung, bspw. Krümmungen und/oder Bögen, zu verstehen, die der Formkörper bei Fertigstellung aufweisen soll. Diese Form entspricht vor allem der Form vor Aufbringen einer Außenlage mithilfe eines Spritzgussverfahrens. Der Rohling ist ferner un- oder teilvulkanisiert. Auf den unvulkanisierten oder teilvulkanisierten, geformten Rohling wird der äußere Festigkeitsträger aufgebracht.
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Insbesondere wird der äußere Festigkeitsträger in Form mindestens eines textilen linienförmigen oder flächenförmigen Gebildes aufgebacht. Der äußere Festigkeitsträger wird insbesondere durch Umwickelung, Umflechtung, Umstrickung, Umwirkung oder Umlegen aufgebracht.
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Nach dem Stand der Technik wird erst das gewickelte Produkt in Form gebracht, was den Nachteil hat, dass die Wicklung auf der einen Seite gestaucht und auf der anderen Seite gedehnt wird, sodass das Produkt die Tendenz hat, vor allem unter Druck wieder die gradlinige Form anzunehmen. Ein Formkörper aus dem Stand der Technik bringt als Verbindungsstück somit eine gewisse Bewegung in die Verbindung zwischen den verbundenen Werkstücken ein, die zu unerwünschten Effekten führt.
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Die Herstellung des Rohlings umfasst bevorzugterweise den Schritt der Extrusion einer Innenseele, die insbesondere aus einem Elastomer gebildet wird. Als weiteren Schritt wird ein innerer Festigkeitsträger auf der Innenseele aufbracht. Vorteilhafterweise wird der innere Festigkeitsträger des Formkörpers als mindestens ein textiles flächenförmiges Gebilde ausgebildet, das derart auf die Innenseele aufgebracht wird, dass diese von dem inneren Festigkeitsträger ummantelt ist. Dies geschieht insbesondere durch Umwickelung, Umflechtung, Umwirkung oder Umlegen um die Innenseele. Dabei handelt es sich bei dem textilen flächenförmigen Gebilde insbesondere um eine flächige Stoffbahn. Das textile flächenförmige Gebilde kann auch schlauchförmlich, insbesondere strumpfförmig, ausgebildet sein, sodass es vorteilhafterweise um die Innenseele gestülpt wird. Insbesondere durch Extrusion wird anschließend eine Schicht, insbesondere eine Decklage, aufgebracht. Somit wird ein Rohling als eine mit einem inneren Festigkeitsträger und einer insbesondere extrudierten Schicht versehende Innenseele hergestellt, wobei die Schicht die gesamte Mantelfläche des einfach verstärkten Rohlings bildet.
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Die vorgenannten Schritte können nacheinander mithilfe zweier Extruder durchgeführt werden. Mithilfe eines ersten Extruders wird die Innenseele erstellt. Im nächsten Schritt wird der innere Festigkeitsträger auf die Innenseele aufgebracht. Dafür ist am Extruderausgang des ersten Extruders, aus dem die Innenseele den ersten Extruder nach Extrusion verlässt, eine Spule angeordnet, auf der das den inneren Festigkeitsträger zu bildende textile Material, insbesondere eine textile Stoffbahn, aufgewickelt ist. Die Spule ist insbesondere derart im Anschluss an den Extruderausgang des ersten Extruders angeordnet, dass sich die textile Stoffbahn auf die extrudierte Innenseele legt. Bevorzugterweise wird in einer ersten Aufbringstation zum Aufbringen des inneren Festigkeitsträger das den inneren Festigkeitsträger zu bildende textile Material derart um die Innenseele gelegt, dass die Innenseele von dem inneren Festigkeitsträger ummantelt wird. Dazu wird die Innenseele, auf dem die textile Stoffbahn aufgelegt ist, in den Eingang der ersten Aufbringstation eingebracht. Nach Ummantelung mit dem inneren Festigkeitsträger verlässt die mit dem inneren Festigkeitsträger versehene Innenseele einen Ausgang der ersten Aufbringstation. Anschließend wird die mit dem inneren Festigkeitsträger versehene Innenseele in den Eingang eines zweiten Extruders geführt, der zum Extrudieren einer Schicht auf der mit dem inneren Festigkeitsträger versehenen Innenseele dient. Nach Durchlaufen des zweiten Extruders verlässt eine mit dem inneren Festigkeitsträger und einer extrudierten Schicht versehene Innenseele den Ausgang des zweiten Extruders. Vor der Weiterverarbeitung zu einem Formkörper wird die mit dem inneren Festigkeitsträger und einer extrudierten Schicht versehene Innenseele bevorzugterweise abgelängt, sodass mehrere Rohlinge, die einfach verstärkt ausgebildet sind, entstehen.
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Alternativ können die vorgenannten Schritte zur Herstellung eines einfach verstärkten Rohlings samt extrudierter Schicht mithilfe eines Doppel-T-Extruders erfolgen. Dabei wird der innere Festigkeitsträger frontseitig in den Extruder eingezogen. Am Extruderaustritt findet abschließend ebenfalls ein Aufwickeln oder Ablängen des Rohlings statt.
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Die Innenseele und/oder die zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger angeordnete Schicht werden insbesondere aus einem elastomeren Werkstoff gebildet. Insbesondere werden die Innenseele und/oder die zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger angeordnete Schicht aus mindestens einem Kautschuk gebildet. Dabei handelt es sich vor allem um Silikonkautschuk (SI) oder Synthesekautschuk, wie bspw. Chloropren-Kautschuk (CR), Nitrilkautschuk (NBR), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Fluorkautschuk (FKM), Acrylat-Kautschuk (ACM), Äthylen-Methylacrylat-Ter-Kautschuk (AEM), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder Polybutadien-Kautschuk (BR), oder einer Kombination der vorgenannten Kautschuke sowie thermoplastische Elastomere oder elastische Thermoplaste.
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Vorteilhafterweise werden der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger spezifisch an die Form und/oder die Anforderungen des Formkörpers angepasst angeordnet. Insbesondere ist die Anordnung derart ausgeführt, dass eine spezifische Festigkeit und somit Formstabilität entlang der Länge des Formkörpers erreicht wird, die an die jeweiligen Anwendungsmöglichkeiten des Formkörpers angepasst ist. Es werden der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger insbesondere derart angeordnet, dass sie an die zu erwartenden Kräfte, die auf den Formkörper wirken, angepasst sind. Bspw. werden der innere Festigkeitsträger und der äußere Festigkeitsträger derart angeordnet, dass die entsprechend gerichteten Fasern oder Fäden oder Garne zweckbestimmt die Kräfte in axialer und/oder radialer Richtung beherrschen und somit eine Ausdehnung des Formkörpers in axialer und/oder radialer Richtung vermeiden oder zumindest reduzieren. Der innere Festigkeitsträger und/oder der äußere Festigkeitsträger werden somit dazu ausgebildet, die Ausdehnung des Formkörpers in axialer und/oder radialer Richtung zu verhindern. In Folge verändert der insbesondere gekrümmt ausgebildete Formkörper seine Gestalt nicht bzw. nur geringfügig. Er bringt somit bei seiner Verwendung als Verbindungsstück keine Bewegung und Kräfte in eine Verbindung zwischen die mithilfe des Formkörpers verbundenen Teile, bspw. Stutzen oder Gehäuse, mit.
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Vorteilhaftweise wird der Rohling zum Formen in die gewünschte Form des Formkörpers auf einen entsprechend geformten Kerndorn geschoben. Der Kerndorn weist die gewünschte Innenform des Formkörpers auf. Der Kerndorn dient als formgebendes Werkzeug, indem es dem Rohling durch Überschieben in die gewünschte Form bringt. Insbesondere ist der Kerndorn gekrümmt, mit mehr als einer Krümmung, ferner bevorzugt in einer Draufsicht S-förmig, oder auch in alle drei Dimensionen gekrümmt ausgebildet. Insbesondere erfolgt das Aufbringen des äußeren Festigkeitsträgers auf den auf dem Kerndorn angeordneten Rohling. Der äußere Festigkeitsträger wird insbesondere durch Umwickelung, Umflechtung, Umstrickung, Umwirkung oder Umlegen um den einfach verstärkten Rohling aufgebracht.
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Bevorzugterweise wird der äußere Festigkeitsträger in einer zweiten Aufbringstation zum Aufbringen des äußeren Festigkeitsträgers auf den Rohling aufgebracht. Bei der zweiten Aufbringstation handelt es sich insbesondere um eine Flecht- oder Flyer-Station. Die zweite Aufbringstation umfasst insbesondere mindestens eine Spule, in anderen Worten Rolle oder Kone, bevorzugterweise zwei oder mehr Spulen als zwei Spulen. Auf die mindestens eine Spule ist ein textiles linienförmiges oder flächenförmiges Gebilde, insbesondere eine Kordel oder ein Band, zur Erzeugung des äußeren Festigkeitsträgers aufgewickelt. Im Falle mehrerer Spulen weist jede ein textiles, linienförmiges oder flächenförmiges Gebilde auf, wobei sich diese in Konstruktion und Material auch unterscheiden können, sodass hybride Verstärkungen erzeugt werden können. Die mindestens eine Spule ist derart ausgebildet, dass sich bei Zug an dem textilen, linienförmigen oder flächenförmigen Gebilde dieses von der Spule abrollt.
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Insbesondere wird der äußere Festigkeitsträger in bestimmten Richtungen angeordnet, wobei die Richtungen von der Kontur des Formkörpers abhängen. Ferner bevorzugt wird vor dem Aufbringen des äußeren Festigkeitsträgers eine genaue Anordnung bestimmt, die in einem oder mehreren Durchgängen durch die zweite Aufbringstation umgesetzt wird. Das Verfahren umfasst somit bevorzugterweise das mehrmalige Durchfahren einer zweiten Aufbringstation. Dabei kann in jedem Durchgang der Winkel, unter dem der äußere Festigkeitsträger aufgebracht wird, verändert werden.
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Die zweite Aufbringstation weist vor allem ein Gehäuse und einen größtenteils vom Gehäuse umschlossenen Innenraum auf, in dem die mindestens eine Spule angeordnet ist. Die zweite Aufbringstation ist vorteilhafterweise in der Form eines Hohlzylinders ausgebildet und weist an dessen Stirnseiten zwei Öffnungen auf, wobei der Rohling, insbesondere mittels eines Manipulatorarmes, durch eine der Öffnungen in den Innenraum der zweiten Aufbringstation geführt wird.
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Vorteilhafterweise weist das Gehäuse eine äußere Gehäusewand und eine innere Gehäusewand auf, wobei zwischen diesen ein Aufnahmeraum zum Aufnehmen der mindestens einen Spule angeordnet ist. Dieser Aufnahmeraum erstreckt sich vorteilhafterweise durchgängig entlang der gesamten Umfangsrichtung der zweiten Aufbringstation. In diesem Aufnahmeraum ist insbesondere die mindestens eine Spule angeordnet.
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Im Falle von zwei Spulen sind diese vor allem an zwei gegenüberliegenden Seiten der zweiten Aufbringstation angeordnet. Auf den Spulen ist jeweils ein textiles linienförmiges oder flächenförmiges Gebilde aufgewickelt.
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Die zweite Aufbringstation ist dazu ausgebildet die mindestens eine Spule zu halten und, insbesondere um den, in die zweite Aufbringstation eingebrachten, Rohling herum zu rotieren. Durch Rotation der Spulen werden die auf diesen aufgewickelten, textilen linienförmigen oder flächenförmiges Gebilde um den im Innenraum der zweiten Aufbringstation angeordneten Rohling gewickelt. Auf diese Weise kann der bereits die Form des Formkörpers aufweisende Rohling gezielt mit einer zweiten Verstärkung in Form des äußeren Festigkeitsträgers versehen werden.
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Insbesondere wird der Rohling mithilfe des Kerndorns in die zweite Aufbringstation eingebracht. Der Kerndorn befindet sich bevorzugterweise an einem freien Ende eines Manipulatorarms. Der Manipulatorarm bewegt den Kerndorn und somit den Rohling auf einer zuvor festgelegten Bewegungsbahn innerhalb der zweiten Aufbringstation. Bei dem Manipulatorarm handelt es sich vor allem um einen ansteuerbaren Arm, insbesondere einen Robotorarm.
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Die Relativbewegung des Rohlings zur mindestens einen Spule bestimmt die Anordnung, in der der äußere Festigkeitsträger auf dem Rohling aufgebracht wird. Die Relativbewegung wird zum einen bestimmt durch die Bewegung der mindestens einen Spule, insbesondere der Umdrehungsgeschwindigkeit der mindestens einen Spule. Zum anderen wird die Relativbewegung durch die Bewegung des Manipulatorarms und somit des Rohlings in der zweiten Aufbringstation definiert. Dazu gehört bspw. die Winkelausrichtung des Kerndorns bzw. des Rohlings und der Durchschub, sprich eine translatorische Bewegung durch die zweite Aufbringstation. Dabei sind auch Mehrfachdurchgänge, auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Winkeln möglich, um das spezifische Verstärkungsmuster des äußeren Festigkeitsträgers auf dem Rohling zu erreichen. Mithilfe des Manipulatorarms und der zweiten Aufbringstation kann der äußere Festigkeitsträger in beliebiger, insbesondere spezifischer, Art und Weise aufgebracht werden und somit den Formkörper zielgerichtet verstärkt werden.
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Das Verfahren umfasst somit ferner die das Vorbestimmen, insbesondere die Berechnung, der Bewegungsbahn des Rohlings innerhalb der zweiten Aufbringstation zum Aufbringen des äußeren Festigkeitsträger in einer spezifischen Anordnung und somit zur zielgerichteten Verstärkung des Formkörpers mithilfe des äußeren Festigkeitsträgers.
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Ferner umfasst das Verfahren bevorzugterweise das Aufbringen einer Außenlage auf den mit dem zweiten Festigkeitsträger versehenen Rohling mithilfe eines Spritzgussverfahrens. An das Spitzgussverfahren schließt sich eine Vulkanisierung an, soweit Elastomere verwendet werden, nach der der Formkörper fertig gestellt ist. Das Aufbringen der Außenlage geschieht vorzugsweise im direkten Handlingbereich des zuvor eingesetzten Manipulatorarms. Bevorzugterweise mithilfe des Manipulatorarms wird der mit dem äußeren Festigkeitsträger versehene Rohling, der insbesondere auf dem Kerndorn angeordnet ist, in eine Spritzgussform eingelegt, die anschließend geschlossen wird. Die Spitzgussform weist einen Formhohlraum auf sowie eine den Formhohlraum umschließende Formaußenschale. In den Formhohlraum der Spritzgussform wird das die Außenlage zu bildende Material, insbesondere ein elastomerer Werkstoff, eingespritzt. Dabei handelt es sich bevorzugterweise um die im Zusammenhang mit der Innenseele oder mit der zwischen dem inneren Festigkeitsträger und dem äußeren Festigkeitsträger angeordneten Schicht erwähnten Werkstoffe. Im Anschluss wird die Formaußenschale, sowie insbesondere der Kerndorn, beheizt und der elastomere Werkstoff vulkanisiert. Zuletzt wird die Form geöffnet und der fertige Formkörper entnommen und vom Kerndorn gezogen. Der gefertigte Formkörper weist nun sowohl die Formgebung des Kerndorns als auch des Formhohlraumes der Außenformschale auf.
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Durch das Spritzgussverfahren mit anschließender Vulkanisierung sind Außenkonturen des Formkörpers wie bei klassischen Spritzgussteilen möglich. Durch die Kombination des Spitzgussverfahrens mit den zuvor genannten Schritten der Aufbringung der Festigkeitsträger wird zum einen eine ausreichende und spezifische Formstabilität des Formkörpers erreicht, zum anderen werden gleichzeitig Produktmerkmale, wie Schellensitzkonturen, Verstärkungsrippen zur Erhöhung der Unterdruckstabilität, Aufnahmepunkte für Halterungen, Anbauteile, Halterflansche, Podeste, Rippen, Sättel als auch Inserts aus verschiedenen Materialien (bspw. Metalle oder Kunststoffe), die eingelegt und umspritzt werden, ermöglicht. Ferner reduziert das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur den gesamten Fertigungsaufwand sondern ebenfalls die Heizzeit zur Fertigstellung der Formkörpers.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des vorbeschriebenen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst vor allem eine erste und eine zweite Aufbringstation sowie bevorzugterweise einen Doppel-T-Extruder oder zwei Extruder zur Herstellung des Rohlings.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es werden nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen 1 bis 8 näher erläutert. Es zeigen in rein schematischer
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Darstellung:
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1: eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Formkörpers und dessen Schichten,
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2: eine Draufsicht auf einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Formkörpers nach 1 entlang des Schnittes A-A;
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3: eine Draufsicht auf eine Extruderstrecke zur Herstellung eines Rohlings für einen erfindungsgemäßen Formkörper;
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4: eine Draufsicht auf einen Rohling während dessen Formung in die gewünschte Form des Formkörpers;
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5: eine Draufsicht auf eine zweite Aufbringstation zum Aufbringen des äußeren Festigkeitsträger;
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6: eine Draufsicht auf einen Längsschnitt der zweiten Aufbringstation nach 5;
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7: eine Draufsicht auf eine Spritzgussform; und
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8: eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Spritzgussverfahrens zur Bildung der Außenlage des Formkörpers.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Formkörper (100), wobei in der rechten Bildhälfte dessen verschiedene Schichten ersichtlich sind, indem Schicht für Schicht in der Darstellung weggelassen wurde. Die radial innerste Schicht des Formkörpers (100) wird durch die Innenseele (10) gebildet. Auf der äußeren Oberfläche der Innenseele (10) ist der innere Festigkeitsträger (11) aufgebracht. Bei dem inneren Festigkeitsträger (11) handelt es sich um textiles, flächenförmiges Gebilde (11a), genauer ein Gewebe (11b). Auf dem inneren Festigkeitsträger (11) ist eine Schicht (12), eine Decklage (12a), aufgebracht, auf der der äußere Festigkeitsträger (13), ausgebildet als textiles, linienförmiges Gebilde (13a), genauer als Fäden (13b, 13c), angeordnet ist. Die radial äußerste Schicht, die sich in Dickenrichtung (15) des Formkörpers (100) an den äußeren Festigkeitsträger (13) anschließt, wird durch eine Außenlage (14) gebildet. Die Außenlage (14), die Schicht (12) zwischen dem inneren Festigkeitsträger (11) und dem äußeren Festigkeitsträger (13) sowie die Innenseele (10) sind aus einem elastomeren Werkstoff (16) gebildet.
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In 2 ist eine Draufsicht auf einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Formkörpers (100) nach 1 entlang des Schnittes A-A dargestellt. Aus 2 ist ersichtlich, dass sich in Dickenrichtung (15) des Formkörpers (100) an die Innenseele (10) der innere Festigkeitsträger (11), dann die auf dem inneren Festigkeitsträger aufgebrachte Schicht (12), dann der äußere Festigkeitsträger (13) und abschließend die Außenlage (14) anschließt. Durch die Ausbildung der Schicht (12) zwischen dem inneren Festigkeitsträger (11) und dem äußeren Festigkeitsträger (13) sind die beiden Festigkeitsträger (11, 13) in Dickenrichtung (15) des Formkörpers (100) beabstandet zueinander ausgebildet. Der Formkörper (100) weist somit zwei unabhängige Festigkeitsträger (11, 13) auf, die unterschiedlich ausgebildet sind und dem Formkörper (100) eine besonders hohe Formstabilität verleihen.
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3 zeigt eine Extruderstrecke umfassend einen ersten Extruder (20) und einen zweiten Extruder (21) zur Herstellung mindestens eines Rohlings (25), d.h. zur Herstellung eines Stücks einer bestimmten Länge einer mit einem inneren Festigkeitsträger (11) und einer Schicht (12) versehenen Innenseele (10).
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Der erste Extruder (20) dient zur Herstellung der Innenseele (10) durch Extrusion. Dabei weist der erste Extruder (20) eine Öffnung (20b) zum Einbringen eines elastomeren Werkstoffes (16) auf. Ferner weist der erste Extruder (20) einen Extruderausgang (20a) auf, aus dem die Innenseele (10) den ersten Extruder (20) nach Extrusion verlässt.
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Ferner weist die Extruderstrecke eine Spule (22) auf. Auf die Spule (22) ist ein textiles flächenförmiges Gebilde (11a), genauer eine textile Stoffbahn (11c), aufgewickelt. Die Spule (22) ist derart am Extruderausgang (20a) des ersten Extruders (20) angeordnet, dass sich die textile Stoffbahn (11c) auf die extrudierte Innenseele (10) legt. In einer ersten Aufbringstation (23) zum Aufbringen des inneren Festigkeitsträger (11) wird die textile Stoffbahn (11c) derart um die Innenseele (10) gelegt, dass die Innenseele (10) von dem inneren Festigkeitsträger (11) ummantelt wird. Dazu wird die Innenseele (10), auf dem die textile Stoffbahn (11c) aufgelegt ist, in den Eingang (23a) der Aufbringstation (23) eingebracht. Nach Ummantelung verlässt die mit dem inneren Festigkeitsträger (11) versehene Innenseele (24) den Ausgang (23b) der ersten Aufbringstation (23) und wird in den Eingang (21a) des zweiten Extruders (21) geführt. Dieser zweite Extruder (21) weist erneut eine Öffnung (21b) zum Einbringen eines elastomeren Werkstoffes (16) auf. Mithilfe des zweiten Extruders (21) wird eine Schicht (12) auf die mit dem inneren Festigkeitsträger (11) versehene Innenseele (24) aufgebracht. Am Ausgang (21a) des zweiten Extruders (21) verlässt eine mit dem inneren Festigkeitsträger (11) und einer Schicht (12) versehene Innenseele (10) den zweiten Extruder (21). Vor der Weiterverarbeitung zu einem Formkörper (100) wird die mit dem inneren Festigkeitsträger (11) und einer Schicht (12) versehene Innenseele (10) am Extruderausgang (21a) des zweiten Extruders (21) abgelängt, sodass mehrere Rohlinge (25) entstehen.
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In 4 ist eine Draufsicht auf einen Rohling (25) während dessen Formung in die gewünschte finale Form des Formkörpers (100) abgebildet. Im linken Drittel der 4 ist ein geradliniger, noch nicht geformter Rohling (25) mit einem ersten Ende (25a) und einem zweiten Ende (25b) zu sehen.
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Dieser Rohling (25) wird, wie im mittleren Drittel der 4 dargestellt ist, auf einen Kerndorn (27) gesteckt. Der Kerndorn (27) weist ein erstes Ende (27a) und ein zweites Ende (27b) auf. Der Kerndorn (27) weist ferner zwei Krümmungen (27c, 27d) auf, sodass der Kerndorn (27) S-förmig ausgebildet ist. Das erste Ende (17a) des Kerndorns (27) wird in das erste Ende (25a) des Rohlings (25) gesteckt. Anschließend wird der Rohling (25) über den Kerndorn (27) geschoben, bis das erste Ende (27a) des Kerndorns (27) aus dem zweiten Ende (25b) des Rohlings (25) hervorsteht.
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Als nächster Schritt ist im rechten Drittel der 4 dargestellt, wie der Kerndorn (27), auf den der Rohling (25) gesteckt ist, auf dem freien Ende (28a) eines Manipulatorarms (28) befestigt wird. Mittels des Manipulatorarmes (28) kann der Rohling (25) bewegt werden.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Aufbringstation (29) zum Aufbringen des äußeren Festigkeitsträger (13) während des Einbringens des Rohlings (25) in die Aufbringstation mittels des Manipulatorarms (28). Die zweite Aufbringstation (29) ist als Flyer-Station (30) ausgebildet und weist ein Gehäuse (29b) und einen größtenteils vom Gehäuse (29b) umschlossenen Innenraum (29a) auf. Das Gehäuse (29b) der zweiten Aufbringstation (29) weist zwei Öffnungen (29e, 29f) auf, wobei der Rohling (25) mittels des Manipulatorarmes (28) durch eine der Öffnungen (29e) in den Innenraum (29a) geführt wird.
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In 6 ist eine Draufsicht auf einen Längsschnitt einer zweiten Aufbringstation (29) nach 5 dargestellt, nachdem der Rohling (25) in den Innenraum (29a) der zweiten Aufbringstation (29) eingebracht wurde. Das Gehäuse (29b) weist eine äußere Gehäusewand (29d) und einen innere Gehäusewand (29c) auf. Zwischen der äußeren Gehäusewand (29d) und der inneren Gehäusewand (29c) ist ein Aufnahmeraum (29i) zum Aufnehmen zweier Spulen (29g, 29h) angeordnet, der sich durchgängig entlang der gesamten Umfangsrichtung der zweiten Aufbringstation (29) erstreckt. In diesem Aufnahmeraum (29i) sind zwei Spulen (29g, 29h) angeordnet, auf denen je ein Faden (13b, 13c) aufgewickelt ist. Anstelle von Fäden (13b, 13c) könnte ebenso je eine Kordel oder ein Band aufgewickelt sein.
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Die zweite Aufbringstation (29) ist zur Rotation der Spulen (29g, 29h) ausgebildet. Die innere Gehäusewand (29d) weist einen Spalt (29j) auf der Höhe der Spulen (29g, 29h) auf, der sich durchgängig entlang der gesamten Umfangsrichtung der zweiten Aufbringstation (29) erstreckt. Durch Rotation der zwei Spulen (29g, 29h) werden deren Fäden (13b, 13c) um den im Innenraum (29a) der zweiten Aufbringstation (29) angeordneten Rohling (25) gewickelt. Zuvor wird eine mithilfe des Manipulatorarms (28) auszuführende Bewegungsbahn des Rohlings (25) sowie der zeitliche Verlauf der Rotationsgeschwindigkeit der Spulen (29g, 29h) bestimmt. Auf diese Weise kann der bereits die Form des Formkörpers (100) aufweisende Rohling (25) gezielt mit einer Verstärkung in Form des äußeren Festigkeitsträgers (13) versehen werden. In bestimmten Bereichen können bspw. die Wicklungen des Fadens (13b) dichter und wieder in anderen Bereichen weniger dicht erfolgen.
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In 7 ist eine Spritzgussform (31) gezeigt. Die Spritzgussform (31) weist einen Formhohlraum (31a) auf, der durch eine Formaußenschale (31b) gebildet wird. In 7 ist eine erste Hälfte (31c) der Formaußenschale (31b) mit einer Zuleitung (31e) für einen elastomeren Werkstoff (16) abgebildet. In den Formhohlraum (31a) der Spritzgussform (31) wird der mit dem äußeren Festigkeitsträger (13) versehenden Rohling (25) eingebracht. Dies geschieht bevorzugterweise, während der Rohling (25) noch auf dem auf dem Manipulatorarm (28) befestigten Kerndorn (27) angeordnet ist. Nachdem der Rohling (25), wie in 7 dargestellt, in die Spritzgussform (31) eingebracht ist, wird die Spitzgussform (31) mithilfe der in 7 nicht abgebildeten zweiten Hälfte (31d) der Formaußenschale (31b) geschlossen.
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8 stellt eine Draufsicht auf eine Vorrichtung (32) zum Durchführen des Spritzgussverfahrens, insbesondere eine Spitzgießmaschine, zur Bildung der Außenlage (14) des Formkörpers (100) dar. Neben der Formaußenschale (31b) der Spitzgussform (31) weist die Vorrichtung (32) eine Öffnung (32a) zum Einbringen eines elastomeren Werkstoffes (16) auf. Nachdem der elastomere Werkstoff (16) eingebracht und den Rohling (25) ummantelt hat, wird die Formaußenschale (31b), sowie insbesondere der Kerndorn (27), beheizt und somit der elastomere Werkstoff (16) der Außenlage (14) vulkanisiert. Statt des elastomeren Werkstoffes können auch elastische Thermoplaste eingesetzt werden. Zuletzt wird die Spitzgussform (31) geöffnet und der fertige Formkörper (100) entnommen und vom Kerndorn (27) gezogen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Formkörper
- 10
- Innenseele
- 11
- innerer Festigkeitsträger
- 11a
- textiles, flächenförmiges Gebilde
- 11b
- Gewebe
- 11c
- textile Stoffbahn
- 12
- Schicht
- 12a
- Decklage
- 13
- äußerer Festigkeitsträger
- 13a
- textiles, linienförmiges Gebilde
- 13b, 13c
- Fäden
- 14
- Außenlage
- 15
- Dickenrichtung
- 16
- elastomerer Werkstoff
- 20
- erster Extruder
- 20a
- Extruderausgang
- 20b
- Öffnung zum Einbringen eines elastomeren Werkstoffes
- 21
- zweiter Extruder
- 21a
- Extruderausgang
- 21b
- Öffnung zum Einbringen eines elastomeren Werkstoffes
- 21c
- Extrudereingang
- 22
- Spule
- 23
- erste Aufbringstation zum Aufbringen des inneren Festigkeitsträgers
- 23a
- Eingang der ersten Aufbringstation
- 23b
- Ausgang der ersten Aufbringstation
- 24
- mit dem ersten Festigkeitsträger versehene Innenseele
- 25
- Rohling
- 25a
- erstes Ende des Rohlings
- 25b
- zweites Ende des Rohlings
- 27
- Kerndorn
- 27a
- erstes Ende des Kerndorns
- 27b
- zweites Ende des Kerndorns
- 27c, 27d
- Krümmungen des Kerndorns
- 28
- Manipulatorarm
- 28a
- freies Ende des Manipulatorarms
- 29
- zweite Aufbringstation zum Aufbringen des äußeren Festigkeitsträgers
- 29a
- Innenraum der zweiten Aufbringstation
- 29b
- Gehäuse der zweiten Aufbringstation
- 29c, 29d
- äußere und innere Gehäusewand
- 29e, 29f
- Öffnungen des Gehäuses
- 29g, 29h
- Spulen der zweiten Aufbringstation
- 29i
- Aufnahmeraum
- 29j
- Spalt
- 30
- Flyer-Station
- 31
- Spritzgussform
- 31a
- Formhohlraum
- 31b
- Formaußenschale
- 31c
- erste Hälfte der Formaußenschale
- 31d
- zweite Hälfte der Formaußenschale
- 31e
- Zuleitung für einen elastomeren Werkstoff
- 32
- Vorrichtung für Spritzgussverfahren
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059795 A1 [0002]
