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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zum Extrudieren und Erwärmen von Gummirohmaterial
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Aus dem Stand der Technik sind Produktionsanlagen zur Herstellung von Gummiprodukten bekannt. Gummiprodukte werden oftmals in einer hohen Stückzahl beispielsweise als Fahrzeugreifen, Gummischläuche und Gummilager hergestellt. Zur Herstellung der Gummiprodukte mittels der Produktionsanlagen werden oftmals Formwerkzeuge verwendet, zu denen auch Schablonen zählen können. Mittels der Formwerkzeuge werden zunächst Zwischenprodukte hergestellt, die vollständig oder zumindest teilweise aus einem Gummirohmaterial sind, wobei für jede Geometrie eines Zwischenprodukts ein eigenständiges Formwerkzeug erforderlich ist.
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Das Gummirohmaterial besteht aus einem unvulkanisierten bzw. nicht vulkanisierten oder einem nicht vollständig vulkanisierten Kautschukmaterial, das weitere Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe aufweisen kann. Das Kautschukmaterial kann deshalb als eine Kautschukmischung bezeichnet sein. Bei der Vulkanisation wird das Zwischenprodukt oder ein Zusammenbau von Zwischenprodukten unter einem vorbestimmten, hohen Druck und unter einer vorbestimmten, hohen Temperatur vulkanisiert, so dass aus dem Zwischenprodukt oder den Zwischenprodukten das Gummiprodukt entsteht. Die Vulkanisation als solches erfolgt in einer gesonderten Vulkanisationsvorrichtung. Dies ist jedoch mit mehr Aufwand verbunden.
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Werden gleiche Gummiprodukte in hoher Stückzahl hergestellt, können die Investitionskosten für die Formwerkzeuge auf die entsprechend hohe Anzahl der herzustellenden Gummiprodukte anteilig umgelegt werden. Soll ein Gummiprodukt hingegen in einer kleinen Stückzahl hergestellt werden, können die Kosten für die Formwerkzeuge einen nicht unerheblichen Anteil an den Herstellungskosten der Gummiprodukte beitragen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Gummiprodukte mit möglichst geringen Werkzeugkosten auch in kleinen Stückzahlserien herstellen zu können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorgesehen ist also eine Vorrichtung, die einen Extruder und einen Mikrowellensender aufweist. Der Extruder ist zum Extrudieren eines Rohmaterialstrangs aus Gummirohmaterial ausgebildet. Der Mikrowellensensor ist zum Aussenden von Mikrowellen ausgebildet. Der Mikrowellensensor ist derart angeordnet, so dass die von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen vor, während und/oder nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial wirken. Außerdem ist der Mikrowellensensor derart konfiguriert, so dass die von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen beim Einwirken auf das Gummirohmaterial eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen.
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Der Extruder ist zum Extrudieren des Gummirohmaterials ausgebildet, so dass aus dem extrudierten Gummirohmaterial der entsprechende Rohmaterialstrang entsteht. Vorzugweise ist der Extruder ausgebildet, um das Gummirohmaterial unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung des Extruders herauszupressen. Die formgebende Öffnung kann von einer Düse oder einem Mundstück des Extruders gebildet sein. Die formgebende Öffnung prägt den Querschnitt des Rohmaterialstrangs. Der Rohmaterialstrang kann theoretisch eine beliebige Länge aufweisen. Vorzugsweise ist der Extruder dazu ausgebildet, so dass dem Extruder das Gummirohmaterial aus einem Vorratsbehälter zugeführt wird. In der Praxis wird die Länge des Rohmaterialstrangs auf eine vorbestimmte Länge begrenzt. Das Gummirohmaterial ist vorzugsweise unvulkanisiertes bzw. nicht vulkanisiertes Kautschukmaterial. Es kann sich bei dem Gummirohmaterial jedoch auch um nicht vollständig vulkanisiertes Kautschukmaterial handeln. Das Kautschukmaterial kann in beiden Fällen Zusatzstoffe und/oder Füllstoffe aufweisen. Das Kautschukmaterial wird deshalb auch als Kautschukmischung bezeichnet. Das Gummirohmaterial ist nicht flüssig, jedoch plastisch verformbar. Um ein Gummiprodukt oder einen Teil eines Gummiprodukts herzustellen, kann der Rohmaterialstrang mittels des Extruders der Vorrichtung schichtweise übereinander aufgetragen werden, so dass die in mehreren Schichten übereinander aufgetragenen Abschnitte des Rohmaterialstrangs eine gewünschte Außenform für das herzustellende Gummiprodukt bzw. das Teil des herzustellenden Gummiprodukts aufweisen. Das Gummiprodukt bzw. der Teil des Gummiprodukts kann also mittels der Vorrichtung und dem zugehörigen Extruder additiv gefertigt werden. Der Vorteil einer additiven Fertigung eines Gummibauteils bzw. eines Teils des Gummibauteils ist beispielsweise, dass das Gummibauteil bzw. der Teil des Gummibauteils in Schichten aus dem Rohmaterialstrang erzeugt werden kann, so dass auf formgebende Werkzeuge verzichtet werden kann. Dies wiederum erlaubt die Herstellung von Gummibauteilen oder von Teilen von Gummibauteilen in kleinen Stückzahlen mit niedrigen Herstellungskosten. Denn zur Herstellung der Gummibauteile bzw. der zugehörigen Teile in einer kleinen Serie werden eben gerade keine Kosten durch teure Formwerkzeuge hervorgerufen, die ansonsten die Herstellungskosten für jedes Gummibauteil bzw. das zugehörige Teil des Gummibauteils stark erhöhen würden.
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Mit der schichtweisen Auftragung des Rohmaterialstrangs durch Extrudieren des Gummirohmaterials mittels des Extruders kann zwar die grundsätzliche Form des herzustellenden Gummibauteils bestimmt werden, jedoch weist das Gummirohmaterial nicht die gewünschten Eigenschaften eines Gummimaterials auf, insbesondere hinsichtlich der Wärmefestigkeit und der gewünschten Reibungseigenschaften. Der schichtweise aufgetragene Rohmaterialstrang aus Gummirohmaterial bedarf deshalb einer Überführung zu einem Gummimaterial (also einem elastomeren Kunststoff). Das Gummirohmaterial kann durch Erwärmung in ein Gummimaterial überführt werden. Durch die Erwärmung werden zwischen den Makromolekülen des Gummirohmaterials kovalente Vernetzungen gebildet, so dass sich die Moleküle nicht mehr frei gegeneinander bewegen können, was zu einem elastischen Verhalten des Gummimaterials führt.
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Zur Erwärmung des Gummirohmaterials weist die Vorrichtung den Mikrowellensender auf. Der Mikrowellensender ist zum Aussenden von Mikrowellen ausgebildet und derart konfiguriert, so dass die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf das Gummirohmaterial einwirken und beim Einwirken eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen. Vorzugsweise ist der Mikrowellensender ausgebildet und/oder konfiguriert, so dass die Mikrowellen derart auf das Gummirohmaterial gelenkt werden, dass ein Wärmegradient im Gummirohmaterial von innen nach außen entsteht. Im Inneren kann dadurch eine höhere Temperatur als an der Außenseite des Gummirohmaterials entstehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Rohmaterialstrang aus Gummirohmaterial schichtweise aufgetragen wurde, um dadurch die grundsätzliche Form des herzustellenden Gummiprodukts zu bilden. Denn während und/oder nach dem Auftragen jeder Schicht können Mikrowellen mittels des Mikrowellensenders auf das Gummirohmaterial gelenkt werden, um eine entsprechende Erwärmung des Gummirohmaterials zu erreichen. Durch den Wärmegradient findet die Vernetzung der Makromoleküle im Inneren schneller statt als an der Außenseite der jeweiligen Schicht. Der Mikrowellensensor kann konfiguriert sein, so dass die Mikrowellen mittels des Mikrowellensenders derart auf die jeweilige Schicht des Rohmaterialstrangs aus Gummirohmaterial gelenkt werden, dass eine Klebrigkeit an der Außenseite der jeweils äußersten Schicht aus Gummirohmaterial erhalten bleibt. Dies ist für die additive Fertigung des Gummiprodukts von Vorteil. Denn jede Schicht aus Gummirohmaterial, die durch den extrudierten Rohmaterialstrang aus Gummirohmaterial gebildet ist, kann an ihrer jeweiligen Unterseite zu dem noch klebrigen Gummimaterial der unterseitig angeordneten Schicht aus Gummirohmaterial kovalent vernetzte Makromoleküle bilden. Mit anderen Worten ist es möglich, dass die Schichten des additiv herzustellenden Gummiprodukts auch an den Grenzbereichen zwischen den Schichten vernetzt sind. Dadurch kann ein besonders elastisches Verhalten des herzustellenden Gummiprodukts bei einer gleichzeitig sehr hohen Widerstandsfähigkeit gegen äußere mechanische Belastungen erreicht werden. Die Vernetzung unter den einzelnen Schichten verhindert außerdem eine Delaminierung der Schichten des herzustellenden Gummiprodukts. Die vorangegangen Erläuterungen gelten in analoger Weise, wenn nur ein Teil eines Gummiprodukts hergestellt wird.
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Als vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Mikrowellensensor derart ausgebildet ist, um Mikrowellen mit einem Wellenlängenbereich zwischen 300 MHz und 300 GHz, besonders bevorzugt zwischen 2400 MHz und 2500 MHz, auszusenden. Vorzugsweise beträgt die Leistung der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen zwischen 10 Watt und 500 Watt. Vorzugweise kann die Leistung und/oder der Wellenlängenbereich der von dem Mikrowellensender abgegebenen Mikrowellen gesteuert und/oder eingestellt werden.
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Der Mikrowellensender kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, um die von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen vor dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial einwirken zu lassen. Das Gummirohmaterial wird vorzugsweise von einem Vorratsbehälter an den Extruder geleitet. Innerhalb des Extruders wird das Gummirohmaterial erwärmt und unter Druck gesetzt, um durch eine formgebende Öffnung herausgepresst zu werden. Es befindet sich also Gummirohmaterial innerhalb des Extruders. Der Mikrowellensender kann derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, um zumindest einen Teil der Mikrowellen, die von dem Mikrowellensender ausgesendet werden, auf das Gummirohmaterial zu lenken, das innerhalb des Extruders ist. Dadurch kann eine Vorwärmung des Gummirohmaterials innerhalb des Extruders erreicht werden. Das Aussenden der Mikrowellen auf das Gummirohmaterial innerhalb des Extruders kann mittels des Mikrowellensenders auch derart erfolgen, dass die Mikrowellen während des Extrudierens auf das Gummirohmaterial innerhalb des Extruders wirken. Das durch den Extruder fortlaufend gepresste Gummirohmaterial kann also jeweils innerhalb des Extruders vorgewärmt werden.
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Der Extruder ist zum Extrudieren des Rohmaterialstrangs aus Gummirohmaterial ausgebildet. Der Rohmaterialstrang bildet also vorzugsweise den Teil des Gummirohmaterials, der bereits durch die formgebende Öffnung des Extruders herausgepresst ist. Der Rohmaterialstrang wird vorzugsweise in Schichten übereinander abgelegt. Der Mikrowellensender kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, um das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs zu erwärmen, der in unmittelbarer Nähe zu dem Extruder angeordnet ist. Somit kann beispielsweise ein Nahbereich mit einem Radius von maximal 30 cm vorbestimmt sein. Der Mikrowellensender kann derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, so dass die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf den Teil des Rohmaterialstrangs innerhalb des Nahbereichs bzw. des zugehörigen Rohmaterials wirken. Dadurch kann gewährleistet werden, dass das Gummirohmaterial des Teils des Rohmaterialstrangs mittels der Mikrowellen erwärmt wird, das sich innerhalb des Nahbereichs aufhält. Das extrudierte Gummirohmaterial kann deshalb zeitnah nach dem Extrudieren durch die Mikrowellen erwärmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Mikrowellen nicht oder zumindest zu einem sehr kleinen Leistungsanteil, insbesondere mit max 10% der Gesamtleistung des Mikrowellensenders, außerhalb des Nahbereichs auftreffen.
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Die Leistung der von dem Mikrowellensender abgegebenen Mikrowellen kann derart von dem Mikrowellensender gesteuert sein, so dass eine Vulkanisation des Gummirohmaterials, vorzugsweise von innen nach außen, erfolgt. Außerdem ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Vulkanisation jeweils in dem Nahbereich erfolgt. Mit anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass die Leistung der Mikrowellen des Mikrowellensenders derart voreingestellt und/oder gesteuert ist, so dass das Gummirohmaterial bis zur Vulkanisation zu Gummimaterial erwärmt bzw. vulkanisiert wird. Die Vorrichtung kann somit auch zum Herstellen von Gummimaterial dienen und/oder ausgebildet sein.
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Für eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Leistung der von dem Mikrowellensender abgegebenen Mikrowellen derart voreingestellt und/oder gesteuert ist, so dass das Gummirohmaterial, insbesondere in dem Nahbereich, durch die ausgesendeten Mikrowellen nicht vulkanisiert wird. Vielmehr kann es vorgesehen sein, dass die Erwärmung des Gummimaterials, insbesondere innerhalb des Nahbereichs, nur auf eine Temperatur erwärmt wird, bei der keine oder keine vollständige Vulkanisation des zuvor genannten Gummimaterials durch das Einwirken der Mikrowellen eintritt. Dies bietet die Möglichkeit, dass die vollständige Vulkanisation in einem nachfolgenden Schritt erfolgt. Hierzu können ebenfalls Mikrowellen und/oder andere Mittel verwendet werden, um das Gummirohmaterial durch Hinzufügung von Wärmeenergie zu vernetzen, bis aus dem Gummirohmaterial Gummimaterial entsteht.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Mikrowellensender derart konfiguriert ist, so dass die von dem Mikrowellensensor aussendbaren Mikrowellen beim Einwirken auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs eine Erwärmung des Gummimaterials auf eine Temperatur hervorrufen, die größer oder gleich einer vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastomerem Gummimaterial wird. Ab Erreichen der Referenztemperatur vernetzen die Makromoleküle des Gummirohmaterials, was zu dem elastischen Gummimaterial führt. Die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen verursachen also das Überführen des Gummirohmaterials des extrudierten Gummimaterialstrangs zu einer entsprechenden Schicht aus elastomerem Gummimaterial. Das Gummirohmaterial kann also nach dem Extrudieren direkt in Gummimaterial mittels der Mikrowellen des Mikrowellensenders überführt werden. Der Mikrowellensender ist deshalb vorzugsweise derart ausgebildet und/oder angeordnet, um Mikrowellen in dem zuvor erläuterten Nahbereich auszusenden, in dem der Rohmaterialstrang ist, nachdem dieser aus der formgebenden Öffnung des Extruders austritt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Extruder ein Extrudermundstück mit einem Mundstückkanal aufweist, der mit einer Extruderöffnung endet, durch die der Rohmaterialstrang aus dem Extruder heraus extrudierbar ist, wobei der Mikrowellensender derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, so dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen auf das Gummirohmaterial innerhalb des Mundstückkanals wirkt. Der Rohmaterialstrang wird vorzugsweise durch die als Extruderöffnung bezeichnete, formgebende Öffnung des Extruders geformt. Der Extruder ist vorzugsweise zum Fördern und/oder Pressen von Gummirohmaterial durch den Mundstückkanal ausgebildet, so dass der Rohmaterialstrang an der Extruderöffnung den Extruder verlässt. Dies bedeutet jedoch auch, dass Gummirohmaterial innerhalb des Mundstückkanals gefördert wird. Um dieses Gummirohmaterial zu erwärmen, werden Mikrowellen, und somit zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen, auf das Gummirohmaterial innerhalb des Mundstückkanals gelenkt. Dies bietet den Vorteil, dass bereits erwärmtes Gummirohmaterial durch die Extruderöffnung mittels des Extruders herausgepresst wird, um den Rohmaterialstrang zu bilden. Das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs ist deshalb bereits vorgewärmt. Dieser Rohmaterialstrang bedarf nur einer geringeren Energiezufuhr, um aus dem Gummirohmaterial des Gummimaterialstrangs elastomeres Gummimaterial zu bilden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Mikrowellensender derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, so dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen auf einen vorbestimmten, an dem Extruder angrenzenden Übergangsbereich gerichtet ist, um auf das Gummirohmaterial des jeweiligen Abschnitts des extrudierten Rohmaterialstrangs zu wirken, der beim Extrudieren durch den Übergangsbereich geführt wird. Der Übergangsbereich entspricht vorzugsweise dem zuvor erläuterten Nahbereich. Der Übergangsbereich ist beispielsweise durch einen maximalen Radius zu dem Extruder, und insbesondere zu dem Extrudermundstück des Extruders, gebildet bzw. begrenzt. Der Radius beträgt beispielsweise maximal 30 cm, maximal 20 cm oder maximal 10 cm. Der Übergangsbereich ist also begrenzt. Das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs, das in diesem Übergangsbereich ist, wird deshalb durch die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen erwärmt. Vorzugsweise ist der Mikrowellensender derart konfiguriert, so dass die Erwärmung mittels der Mikrowellen derart auf eine Zieltemperatur erwärmt wird, die größer oder gleich der Referenztemperatur ist. Dadurch wird aus dem erwärmten Gummirohmaterial elastomeres Gummimaterial.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Mikrowellensender derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, so dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender aussendbaren Mikrowellen auf einen vorbestimmten, von dem Extruder beabstandeten Ablagebereich gerichtet ist, um auf das Gummirohmaterial des jeweiligen Abschnitts des extrudierten Rohmaterialstrangs zu wirken, der im Ablagebereich ist oder ablegbar ist. Der Ablagebereich kann beispielsweise einen Abstand zum Extruder zwischen 0,5 cm und 30 cm aufweisen. Außerdem ist der Ablagebereich vorzugsweise durch einen vorbestimmten, äußeren Durchmesser begrenzt. Indem zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf den Ablagebereich gerichtet ist, können der Extruder und der Mikrowellensender nebeneinander angeordnet sind. Dies erleichtert die Herstellung der Vorrichtung. Grundsätzlich können der Extruder und der Mikrowellensender als zwei Einheiten der Vorrichtung ausgebildet sein. Der Mikrowellensender und der Extruder können fest miteinander verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass der Mikrowellensender und der Extruder als eine integrale Einheit ausgebildet sind. Dadurch kann eine besonders kompakte Vorrichtung erreicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorrichtung als eine handhabbare oder mobile Vorrichtung ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist also vorzugsweise keine stationäre Vorrichtung. Vielmehr kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, um im Raum bewegt zu werden. Die Vorrichtung kann Anschlüsse und/oder Haltemittel aufweisen, um mittels der Anschlüsse und/oder Haltemittel an einer Handhabungsvorrichtung befestigt bzw. angeschlossen zu werden. So kann die Vorrichtung beispielsweise mittels eines Roboters, als ein Beispiel einer Handhabungsvorrichtung, im Raum bewegt werden, wenn die Vorrichtung daran befestigt ist. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass die Vorrichtung als eine stationäre Vorrichtung ausgebildet ist und/oder verwendet wird. Dazu kann die Vorrichtung beispielsweise an einem stationären Gerüst und/oder einem anderen stationären Bauteil bzw. einer stationären Haltevorrichtung befestigt sein. In diesem Fall kann eine Platte unterhalb der Vorrichtung mit dem Extruder bewegt werden, um einen Schichtenaufbau für ein herzustellendes Gummiprodukt zu erreichen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorgesehen ist also ein System, das ein Ablageteil und eine Vorrichtung aufweist. Die Vorrichtung ist vorzugsweise gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder einer der zugehören, bevorzugten Ausgestaltungen der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet. Auf die Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, Vorteile und/oder Effekte, wie sie im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Ausgestaltungen erörtert worden ist, wird für die Vorrichtung des Systems in analoger Weise Bezug genommen. Das System ist außerdem ausgebildet, den Extruder der Vorrichtung und das Ablageteil relativ zueinander zu bewegen, während der Extruder den Rohmaterialstrang extrudiert, so dass dieser auf dem Ablageteil abgelegt wird. Durch die entsprechende Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil kann der Rohmaterialstrang in einer Schicht auf dem Ablageteil abgelegt werden. Die Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil kann derart zyklisch wiederholt werden, so dass der Rohmaterialstrang schichtenweise übereinander abgelegt wird. Außerdem kann die Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil derart gestreut erfolgen, so dass durch das geschichtete Ablegen des Rohmaterialstrangs eine vorbestimmte Form für ein herzustellendes Gummibauteil erreicht wird. Die Vorrichtung und/oder das Ablageteil können also derart gesteuert sein, so dass der Rohmaterialstrang in Schichten entsprechend der vorbestimmten Form eines vorbestimmten, herzustellenden Gummibauteils abgelegt wird. Während der Rohmaterialstrang mittels des Extruders extrudiert wird, kann der Mikrowellensender derart gesteuert sein, so dass die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf das Gummirohmaterial des extrudierten Gummimaterialstrangs wirken. Der Mikrowellensender kann dazu konfiguriert sein, dass die von dem Mikrowellensensor ausgesendeten Mikrowellen beim Einwirken auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs eine Erwärmung des Gummirohmaterials auf eine Zieltemperatur hervorrufen, die größer oder gleich der zuvor erläuterten Referenztemperatur ist, so dass aus dem Gummirohmaterial elastomeres Gummimaterial wird. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen derart gesteuert werden, so dass ein Temperaturgradient von innen nach außen in jeder Schicht eines abgelegten Rohmaterialstrangs entsteht. Außerdem ist es dabei bevorzugt vorgesehen, dass die oberste Schicht des Rohmaterialstrangs nicht vollständig zu Gummimaterial überführt wird, wenn auf diese Schicht noch eine weitere Schicht aufzutragen ist. Vielmehr ist es bevorzugt vorgesehen, dass das System derart gesteuert ist, dass erst beim zweiten oder weiterem Einwirken der Mikrowellen auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs eine Zieltemperatur erreicht wird, die dazu führt, dass aus dem Gummirohmaterial Gummimaterial wird. Dies bietet den Vorteil, dass eine Vernetzung zwischen den Schichten erreicht wird. Die Vernetzung unter den Schichten aus Gummirohmaterial zu Gummimaterial bietet den Vorteil, dass das Gummimaterial zumindest im Wesentlichen ohne Grenzschichten gebildet wird. Dadurch ist das Gummimaterial besonders widerstandsfähig und kann eine homogene Steifigkeit je Flächenvolumen aufweisen.
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Die Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil kann gewährleistet werden, indem entweder der Extruder feststehend und das Ablageteil relativ zu dem Extruder bewegt wird, oder umgekehrt. So kann das Ablageteil feststehend sein, während der Extruder mittels des Systems bewegt wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass beide, nämlich der Extruder und das Ablageteil, derart zueinander beweglich von dem System ausgebildet sind, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil erreicht wird. Zur Bewegung des Extruders kann das System eine Handhabungsvorrichtung, beispielsweise einen Roboter mit einem Roboterarm, aufweisen, an dem der Extruder und/oder die Vorrichtung mit dem Extruder befestigt ist. Die Handhabungsvorrichtung kann vorzugsweise derart ausgebildet sein, um die Vorrichtung und/oder den Extruder relativ zu dem Ablageteil zu bewegen. So kann die Vorrichtung beispielsweise an einem Armende des Roboterarms befestigt sein und die Bewegung kann mittels des Roboters für den Extruder derart ausgeführt werden, so dass der Rohmaterialstrang entlang eines vorbestimmten Pfads auf dem Ablageteil abgelegt wird. Wie zuvor erwähnt, ist es jedoch auch möglich, dass die Vorrichtung stationär angeordnet ist. Dazu kann die Vorrichtung an einer Haltevorrichtung befestigt sein, beispielsweise an einem stationär angeordneten Gerüst. In diesem Fall kann das Ablageteil bewegbar ausgebildet sein. Das Ablageteil kann beispielsweise mittels eines Antriebs in mindestens eine Richtung beweglich ausgestaltet sein. Das Ablageteil kann dazu beispielsweise mit einem Linearantrieb gekoppelt sein, so dass das Ablageteil in der zuvor genannten Richtung translatorisch bewegbar ist. Es ist aber auch möglich, dass das Ablageteil mit mehreren Antriebseinheiten gekoppelt ist, so dass das Ablageteil in unterschiedlichen Richtungen, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, bewegbar ist. Das System kann dazu beispielsweise mehrere Linearantriebe aufweisen, die ausgebildet und/oder angeordnet sind, so dass das Ablageteil in der zuvor genannten Ebene bewegbar ist. Durch die Relativbewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil ist es möglich, dass der Rohmaterialstrang schichtweise abgelegt wird, um die gewünschte Form des herzustellenden Gummibauteils zu erreichen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das Ablageteil von einer Ablageplatte, einem Halbfabrikat, einem Reifenrohling oder zumindest einem Teil eines Reifenrohlings gebildet ist. Ist das Ablageteil von einer Ablageplatte gebildet, kann die erste Schicht des mittels des Rohmaterialstrangs gebildeten Teils des herzustellenden Gummiprodukts direkt auf der Ablageplatte abgelegt werden. Die weiteren vom Rohmaterialstrang gebildeten Schichten können nacheinander und/oder übereinander angeordnet werden. Somit kann das Gummibauteil auf der Ablageplatte entstehen. Ist ein Halbfabrikat und/oder ein Reifenrohling oder zumindest ein Teil des Reifenrohlings als Ablageteil vorgesehen, so kann der Rohmaterialstrang an einer vorzugsweise vorbestimmten Stelle der jeweiligen Ausgestaltung des Ablageteils abgelegt werden. So kann beispielsweise die Seitenwand an einem Reifenrohling durch das Ablegen des Rohmaterialstrangs an der Seite des Reifenrohlings und der anschließenden Vulkanisierung durch die Mikrowellen des Mikrowellensenders gebildet werden. Auch andere Teile eines Reifenrohlings können durch Gummimaterial mittels der Vorrichtung erzeugt und/oder ergänzt werden. Das System kann deshalb auch zum Herstellen von Gummimaterial ausgebildet und/oder bezeichnet sein.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das System eine erste Handhabungsvorrichtung aufweist, wobei die Vorrichtung, insbesondere alleine der Extruder der Vorrichtung, von der Handhabungsvorrichtung gehalten ist, wobei die erste Handhabungsvorrichtung derart zum Bewegen der Vorrichtung und/oder des Extruders ausgebildet ist, um den Extruder entlang eines vorbestimmten Pfads zu führen, während der Extruder den Rohmaterialstrang extrudiert und sich dieser daraufhin auf dem Ablageteil und/oder einer bereits dort abgelegten Schicht ablegt. Die erste Handhabungsvorrichtung kann beispielsweise von einem Roboter mit einem Roboterarm gebildet sein, wobei die Vorrichtung und/oder der Extruder an dem Armende des Roboters befestigt ist. Ist die Vorrichtung an dem Armende befestigt, wird der Extruder gemeinsam mit dem Mikrowellensender bewegt. Dies bietet den Vorteil, dass der Teil des abgelegten Rohmaterialstrangs unmittelbar nach dem Ablegen durch die Mikrowellen erwärmbar und/oder vulkanisierbar ist. Eine gesonderte Bewegung des Mikrowellensenders ist in diesem Fall nicht notwendig. Anstatt des Roboters als eine Ausgestaltung der ersten Handhabungsvorrichtung sind auch weitere mögliche Ausgestaltungen einer ersten Handhabungsvorrichtung möglich. So kann die erste Handhabungsvorrichtung beispielsweise von einem Gestell gebildet sein, wobei ein Teil des Gestells beweglich ist. An diesem beweglichen Teil des Gestells kann die Vorrichtung und/oder der Extruder befestigt sein. Das Extrudieren des Rohmaterialstrangs mittels des Extruders kann fortlaufend ausgeführt werden, während der Extruder bewegt wird. Die Bewegung des Extruders kann derart erfolgen, dass der Rohmaterialstrang Schichten bildet, die übereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind. Die Bewegung des Extruders mittels der ersten Handhabungsvorrichtung kann von dem System derart gesteuert werden, so dass der zuvor genannte, bestimmte Pfad, entlang dem der Extruder geführt wird, verfolgt wird. Vorzugsweise ist der Pfad derart vorbestimmt, so dass durch den abgelegten Rohmaterialstrang die äußere Form des herzustellenden Gummibauteils bestimmt ist. Die Überführung des Gummirohmaterials zu Gummimaterial kann fortlaufend während des Extrudierens mittels der Mikrowellen des Mikrowellensenders erfolgen. Auf die entsprechenden, vorangegangenen Erläuterungen wird in analoger Weise Bezug genommen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass der an dem Extruder angrenzende Übergangsbereich durch einen Bereich zwischen dem Extruder und dem Ablageteil gebildet ist. Dadurch kann gewährleistet werden, dass Mikrowellen, die auf den Übergangsbereich gerichtet sind, auf den Teil des Rohmaterialstrangs wirken, der sich von dem Extruder zu dem Ablagebereich erstreckt. Zumindest ein Teil des Gummirohmaterials des zuvor genannten Teils des Rohmaterialstrangs kann sich dabei hängend von dem Extrudermundstück zu dem Ablageteil erstrecken. Dieses Gummirohmaterial kann deshalb mittels der Mikrowellen bereits erwärmt werden, bevor es auf dem Ablageteil abgelegt wird. Durch die Erwärmung kann die Haftwirkung des abzulegenden Teils des Rohmaterialstrangs auf dem Ablageteil oder auf einer bereits abgelegten Schicht erhöht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass der vom Extruder beabstandete Ablagebereich durch einen vorbestimmten Bereich an dem Ablageteil gebildet ist, wobei der Rohmaterialstrang im Ablagebereich abzulegen ist. In dem der Ablagebereich von dem Extruder beabstandet ist, kann besonders einfach gewährleistet werden, dass der Rohmaterialstrang zumindest nicht an dem Extrudermundstück gestaucht wird. Damit wird verhindert, dass Gummirohmaterial an dem Extrudermundstück kleben bleibt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Systems zeichnet sich dadurch aus, dass das System eine Heizvorrichtung aufweist, die zum Erwärmen des abgelegten Rohmaterialstrangs mittels Infrarot-Strahlung, Laser-Strahlung und/oder Plasmastrahlung auf eine Heiztemperatur, die größer oder gleich der vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastomerem Gummimaterial wird. Die Heizvorrichtung kann alternativ oder ergänzend zum Aussenden von Mikrowellen ausgebildet sein, mittels der die Erwärmung auf die Heiztemperatur erreicht wird. Vorzugsweise ist die Heizvorrichtung separat zu der Vorrichtung ausgebildet, die den Extruder und den Mikrowellensender umfasst. Die Heizvorrichtung und die Vorrichtung können also beabstandet und/oder räumlich getrennt zueinander angeordnet sein. Dies bietet die Möglichkeit, dass die Heizvorrichtung den bereits abgelegten Rohmaterialstrang auf die Heiztemperatur erwärmt, und zwar unabhängig von einer Relativbewegung zwischen der Vorrichtung und dem Ablageteil. Die Heizvorrichtung ist vorzugsweise ortsfest zu dem Ablageteil angeordnet. Sofern also das Ablageteil relativ zu der stationären Vorrichtung bewegt wird, ist es bevorzugt vorgesehen, dass die Heizvorrichtung mit dem Ablageteil mitbewegt wird. Dazu kann die Heizvorrichtung mit dem Ablageteil mechanisch gekoppelt sein. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung separat bewegbar ist. Dies bietet die Möglichkeit, dass die Heizvorrichtung zu dem abgelegten Rohmaterialstrang bewegt wird, um den abgelegten Rohmaterialstrang auf die Heiztemperatur zu erwärmen. Durch das Erwärmen des Rohmaterialstrangs auf die Heiztemperatur wird gewährleistet, dass aus dem Gummirohmaterial des abgelegten Rohmaterialstrangs elastomeres Gummimaterial wird. Dadurch kann das gewünschte Gummibauteil bzw. der Teil des Gummibauteils gebildet werden. Sofern die Heizvorrichtung vorgesehen ist, ist es außerdem bevorzugt vorgesehen, dass das Erwärmen des Gummirohmaterials mittels der Mikrowellen des Mikrowellensenders auf eine Temperatur erfolgt, die unterhalb der Referenztemperatur ist. Damit wird das Gummimaterial mittels der Mikrowellen nicht soweit erwärmt, dass das Gummirohmaterial zu Gummimaterial wird. Dies erfolgt in diesem Fall erst durch das weitere Erwärmen mittels der Heizvorrichtung. Die von der Heizvorrichtung notwendige, weitere Energie zur Erwärmung des Gummirohmaterials auf die Heiztemperatur ist jedoch begrenzt, da bereits Wärmeenergie durch die Mikrowellen an das Gummirohmaterial überführt wurde. Das Erwärmen des Gummirohmaterials auf die Heiztemperatur kann deshalb besonders schnell erfolgen.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorgesehen ist also ein Verfahren, das zumindest die folgenden Schritte aufweist:
- a) Extrudieren eines Rohmaterialstrangs aus Gummirohmaterial mittels eines Extruders;
- b) Aussenden von Mikrowellen mittels eines Mikrowellensenders vor, während und/oder nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial, so dass die ausgesendeten Mikrowellen auf das Gummirohmaterial wirken und dadurch eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen.
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Das Verfahren kann mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder mit dem System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ausgeführt werden. Dies gilt auch für die jeweiligen, vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung bzw. des Systems. Für das Verfahren wird deshalb in analoger Weise auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, Effekte und/oder Vorteile, wie sie im Zusammenhang mit der Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, mit dem System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und/oder den zugehörigen, vorteilhaften Ausgestaltungen erläutert worden sind, Bezug genommen. Dieser Bezug gilt bevorzugt auch für die im Folgenden erläuterten, vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens.
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Der Extruder aus Schritt a) und der Mikrowellensender aus Schritt b) können von der gleichen Vorrichtung umfasst sein. Dies ist vorzugsweise die Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder eine Vorrichtung nach einer der vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung. Das Gummirohmaterial im Extruder und/oder das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs kann mittels der Mikrowellen erwärmt werden. Die Erwärmung kann für den Rohmaterialstrang derart erfolgen, dass dieser einen Wärmegradienten von innen nach außen aufweist, so dass das Gummimaterial im Inneren des Rohmaterialstrangs wärmer ist als an der Außenseite des Rohmaterialstrangs. Außerdem ist es möglich, dass die Mikrowellen das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs erwärmen, bis aus dem Gummirohmaterial Gummimaterial wird bzw. vulkanisiert. Das Verfahren kann deshalb auch als ein Verfahren zur Herstellung von Gummimaterial bezeichnet sein und/oder dienen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Mikrowellen mittels des Mikrowellensenders im Schritt b) derart ausgesendet werden, so dass die ausgesendeten Mikrowellen eine Erwärmung des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs auf eine Zieltemperatur hervorrufen, die größer oder gleich einer vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastomerem Gummimaterial wird. Die Erwärmung auf die Zieltemperatur kann also eine Vulkanisation des Gummirohmaterials zu dem Gummimaterial hervorrufen. Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass nur das Gummirohmaterial des extrudierten und/oder abgelegten Rohmaterialstrangs auf die Zieltemperatur erwärmt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf Gummirohmaterial innerhalb eines Mundstückkanals des Extruders gerichtet wird, wobei der Mundstückkanal mit einer Extruderöffnung endet und das Gummirohmaterial vom Extruder durch den Mundstückkanal gefördert wird, um den Rohmaterialstrang zu extrudieren. Das Gummirohmaterial in dem Mundstückkanal kann somit also bereits erwärmt werden, bevor das Gummirohmaterial durch die Extruderöffnung vom Extruder herausgepresst wird und den Rohmaterialstrang bildet. Daraus folgt, dass auch das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs bereits durch den genannten Teil der Mikrowellen vorgewärmt sein kann. Ein weiterer Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen kann auf den extrudierten Rohmaterialstrang gerichtet sein, um das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs weiter zu erwärmen und/oder zu vulkanisieren.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf einen vorbestimmten, an dem Extruder angrenzenden Übergangsbereich gerichtet wird, um auf das Gummirohmaterial des jeweiligen Abschnitts des extrudierten Rohmaterialstrangs zu wirken, der beim Extrudieren durch den Übergangsbereich geführt wird. Der zuletzt genannte Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen kann sich dabei von dem Teil der von dem Mikrowellensender ausgebildeten Mikrowellen unterscheiden, der auf das Gummirohmaterial innerhalb des Extruders gerichtet ist. Der Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen, der auf den Übergangsbereich gerichtet ist, kann eine Erwärmung des Gummirohmaterials oder sogar eine weitere Erwärmung des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs bewirken. Insbesondere kann die Erwärmung soweit erfolgen, bis das Gummirohmaterial die Zieltemperatur erreicht, so dass aus dem Gummirohmaterial das elastomere Gummimaterial wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der extrudierte Rohmaterialstrang in einem Ablagebereich abgelegt wird, und dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen auf einen vorbestimmten, von dem Extruder beabstandeten Ablagebereich gerichtet wird, um auf das Gummirohmaterial des jeweiligen Abschnitts des extrudierten Rohmaterialstrangs zu wirken, der im Ablagebereich abgelegt ist. Dieser insbesondere weitere Teil der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen dient dazu, um das Gummirohmaterial des Teils des Rohmaterialstrangs zu erwärmen, der in dem Ablagebereich angeordnet ist. Denn der genannte Teil der Mikrowellen ist auf den Ablagebereich gerichtet. Dadurch erfährt das Gummirohmaterial in diesem Ablagebereich eine insbesondere weitere Erwärmung. Insbesondere kann die (weitere) Erwärmung soweit erfolgen, bis das Gummirohmaterial die Zieltemperatur erreicht, so dass aus dem Gummirohmaterial das elastomere Gummimaterial wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Extruder und das Ablageteil mittels einer ersten Handhabungsvorrichtung relativ zueinander bewegt werden, während der Extruder den Rohmaterialstrang extrudiert, so dass dieser auf dem Ablageteil, vorzugsweise entlang eines vorbestimmten Ablagepfads, abgelegt wird. So kann beispielsweise der Extruder an der ersten Handhabungsvorrichtung direkt oder indirekt befestigt sein, um den Extruder mittels der Handhabungsvorrichtung relativ zum Ablageteil zu bewegen, während der Extruder den Rohmaterialstrang extrudiert. Die Bewegung des Extruders kann von der ersten Handhabungsvorrichtung derart gesteuert sein, so dass der extrudierte Rohmaterialstrang entlang des vorbestimmten Ablagepfads auf dem Ablageteil abgelegt wird. Dieser Ablagepfad kann derart ausgestaltet sein, so dass der Rohmaterialstrang nebeneinander und/oder in Schichten übereinander abgelegt wird. Außerdem kann der Ablagepfad derart ausgestaltet sein, dass der abgelegte Rohmaterialstrang entsprechend einer vorbestimmten Form für ein herzustellendes Gummibauteil abgelegt wird. Anstatt der Bewegung des Extruders kann alternativ oder zusätzlich eine Bewegung des Ablageteils mittels der ersten oder einer weiteren Handhabungsvorrichtung ausgeführt werden. Wird der Extruder beispielsweise stationär angeordnet, kann das Ablageteil mittels der ersten Handhabungsvorrichtung relativ zum Extruder bewegt werden. In diesem Fall kann es sich bei der Handhabungsvorrichtung um mindestens einen Linearantrieb, vorzugsweise eine Mehrzahl von Linearantrieben, handeln, mittels der das Ablageteil relativ zum Extruder bewegt werden kann. Auf die vorangegangenen Erläuterungen bezüglich der relativen Bewegung zwischen dem Extruder und dem Ablageteil wird in analoger Weise Bezug genommen. Denn auch die Bewegung des Ablageteils kann dazu führen, dass der Rohmaterialstrang entlang des vorbestimmten Ablagepfads abgelegt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das Ablageteil von einer Ablageplatte, einem Halbfabrikat, einem Reifenrohling oder zumindest einem Teil eines Reifenrohlings gebildet ist. Somit kann der Rohmaterialstrang beispielsweise auf einem Reifenrohling abgelegt werden, um dort einen Teil des Reifenrohlings, insbesondere einen Seitenwandteil des Reifenrohlings, zu bilden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Rohmaterialstrang schichtweise abgelegt wird. Dadurch kann ein Gummibauteil additiv gefertigt werden. Die Schichten des Rohmaterialstrangs können übereinander und/oder nebeneinander angeordnet werden, so dass ein schichtweises Herstellen des Gummibauteils gewährleistet werden kann.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Produkt, das mit der Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Ausgestaltungen, mit einem System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Ausgestaltungen, oder mittels des Verfahrens nach dem dritten Aspekt der Erfindung oder einer der zugehörigen, vorteilhaften Ausgestaltungen gefertigt ist. Auf die vorteilhaften Erläuterungen, bevorzugten Merkmale, Effekte und/oder Vorteile, wie sie im Zusammenhang mit den Erläuterungen zu der Vorrichtung, dem System und/oder dem Verfahren erörtert worden sind, wird für das Produkt in analoger Weise Bezug genommen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen weiterhin gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.
- 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung und des Systems in einer schematischen Darstellung.
- 2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung und des Systems in einer schematischen Darstellung.
- 3 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung und des Systems in einer schematischen Darstellung.
- 4 zeigt einen schematischen Ablaufplan einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens.
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In der 1 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung 2 schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 2 weist einen Extruder 4 und einen Mikrowellensender 6 auf. Die Vorrichtung 2 ist an einer ersten Handhabungsvorrichtung 32 befestigt, die ausgebildet ist, die Vorrichtung 2 im Raum zu bewegen. Die erste Handhabungsvorrichtung 32 ist vorzugsweise als ein Roboter mit einem Roboterarm 36 ausgebildet. Die Vorrichtung 2 ist dabei bevorzugt an dem Armende des Roboterarms 36 befestigt.
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Wenn im Folgenden Merkmale, vorteilhafte Ausgestaltungen, Effekte und/oder Vorteile im Zusammenhang mit der Vorrichtung 2 erläutert werden, so kann dies für ein System 24 in analoger Weise gelten, wie es in einer vorteilhaften Ausgestaltung in 1 ebenfalls dargestellt ist. Zunächst soll jedoch auf die Vorrichtung 2 eingegangen werden.
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Der Mikrowellensender 6 ist vorzugsweise an dem Extruder 4 befestigt. Die Befestigung kann lösbar ausgestaltet sein. So kann der Mikrowellensender 6 beispielsweise mittels lösbarer Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, an einer Außenseite des Extruders 4 befestigt sein.
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Der Extruder 4 ist zum Extrudieren eines Rohmaterialstrangs 8 aus Gummirohmaterial ausgebildet. Der Extruder 4 kann beispielsweise als ein Schneckenextruder, ein Kolbenextruder oder nach Art einer anderen Bauform ausgestaltet sein. Das Gummirohmaterial kann dem Extruder 4 kontinuierlich zugeführt sein und/oder der Extruder kann einen Vorratstank aufweisen, in dem das Gummirohmaterial bevorratet ist. Von dem bevorrateten oder zugeführten Gummirohmaterial wird mittels des Extruders Gummirohmaterial vorzugsweise kontinuierlich aus einer formgebenden Öffnung am Extrudermundstück 16 herausgepresst. Diese Öffnung des Extrudermundstücks 16 prägt somit das Querschnittsprofil des Rohmaterialstrangs 8 der durch den herausgepressten Teil des Gummirohmaterials entsteht.
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Das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 kann durch Erwärmung zu Gummimaterial vulkanisiert werden. Um diese Vulkanisation zu fördern oder auszuführen, weist die Vorrichtung 2 den Mikrowellensender 6 auf. Der Mikrowellensender 6 ist zum Aussenden von Mikrowellen ausgebildet. Die Mikrowellen weisen vorzugsweise eine Wellenlänge zwischen 2400 MHz und 2500 MHz auf. Die Leistung der von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen ist vorzugsweise zwischen 10 Watt und 500 Watt. Wie aus der 1 beispielhaft zu entnehmen ist, sind sowohl der Extruder 4 als auch der Mikrowellensender 6 ein Teil der Vorrichtung 2. Die Vorrichtung 2 kann mittels der ersten Handhabungseinheit 32 im Raum bewegt werden. Die Vorrichtung 2 kann somit als eine mobile Vorrichtung 2 bezeichnet sein. Durch die mechanische Verbindung zwischen dem Mikrowellensender 6 und dem Extruder 4 kann gewährleistet werden, dass eine Erwärmung des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs 8 in unmittelbarer Nähe zu dem Extrudermundstück 16 erfolgt. Mit anderen Worten kann mittels der Vorrichtung 2 gewährleistet werden, dass eine Förderung und/oder vollständige Ausführung der Vulkanisation des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs 8 unmittelbar in einem Übergangsbereich 20 erfolgen kann, der sich an das Extrudermundstück 16 des Extruders 4 anschließt.
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Der Mikrowellensender 6 ist derart angeordnet und/oder ausgebildet, so dass die von dem Mikrowellensender 6 aussendbaren Mikrowellen 12 vor, während und/oder nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial wirken. Außerdem ist der Mikrowellensender 6 derart konfiguriert und/oder ausgebildet, so dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 beim Einwirken auf das Gummirohmaterial eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen.
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Die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 können von dem Mikrowellensender 6 derart auf den Extruder 4 gerichtet sein, so dass das Gummirohmaterial in einem Vorratsbehälter des Extruders 4 und/oder unmittelbar nach dem Zuführen des Gummirohmaterials zu dem Extruder 4 erwärmt wird. Diese Erwärmung wird dabei durch die Mikrowellen 12 verursacht. In diesem Fall kann davon gesprochen werden, dass das Gummirohmaterial bereits vor dem Extrudieren durch die Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 erwärmt wird. Wird das Gummirohmaterial mittels des Extruders 4 gefördert, beispielsweise durch eine Schnecke oder eine Pumpe des Extruders 4, kann der Mikrowellensender 6 derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass das Gummirohmaterial, dass von dem Extruder 4 gefördert wird, durch Mikrowellen 12 erwärmt wird. In diesem Fall kann davon gesprochen werden, dass die Mikrowellen 12 das Gummirohmaterial während des Extrudierens erwärmen. Wird das Gummirohmaterial mittels des Extruders 6 durch das Extrudermundstück 16 herausgepresst, so kann der Mikrowellensender 6 derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass das extrudierte Gummirohmaterial, welches den Extruder 4 in Form des Rohmaterialstrangs 8 verlässt, durch die Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 erwärmt wird. In diesem Fall kann davon gesprochen werden, dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial (des Rohmaterialstrangs 8) wirken.
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Die Erwärmung des Gummirohmaterials kann also an unterschiedlichen Stellen und/oder zu unterschiedlichen Zeiten erfolgen. Es ist auch möglich, dass die Erwärmung des Gummirohmaterials vor, während und nach dem Extrudieren des Gummirohmaterials erfolgt. Hierzu kann der Mikrowellensender 6 angeordnet und/oder ausgebildet sein.
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In der 1 ist schematisch die Ausgestaltung der Vorrichtung 2 dargestellt, die einen Mikrowellensender 6 aufweist, der derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, so dass die von dem Mikrowellensender ausgesendeten Mikrowellen nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 wirken und beim Einwirken eine Erwärmung des entsprechenden Gummirohmaterials hervorrufen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die formgebende Öffnung des Extrudermundstücks 16 einen kreisrunden Querschnitt oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Sofern ein kreisrunder Querschnitt vorliegt, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Durchmesser der formgebenden Öffnung beispielsweise zwischen 0,5 mm und 1,5 mm ist. Andere Durchmesser sind jedoch auch möglich. Die Größe des Durchmessers richtet sich oftmals nach dem jeweiligen Anwendungsfall. Sofern die formgebende Öffnung einen kreisrunden Querschnitt aufweist, wird der Rohmaterialstrang 8 durch eine Rundschnur aus Gummirohmaterial gebildet. Ist für die formgebende Öffnung am Extrudermundstück 16 eine andere Querschnittsform vorgesehen, so wird diese Querschnittsform in entsprechender Weise auf die Querschnittsform des Rohmaterialstrangs 8 übertragen.
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Der von dem Extruder 2 extrudierte Rohmaterialstrang 8 kann auf einem Ablageteil 26 abgelegt bzw. abgeschieden werden. Durch eine Relativbewegung zwischen dem Extruder 4 der Vorrichtung 2 und dem Ablageteil 26 kann der Rohmaterialstrang 8 entlang eines vorbestimmten Ablagepfads abgelegt werden. Dazu wird der Rohmaterialstrang 8 von dem Extruder 4 kontinuierlich während der Relativbewegung extrudiert, so dass sich der Rohmaterialstrang 8 entlang des vorbestimmten Ablagepfads auf dem Ablageteil 26 ablegt. Der vorbestimmte Ablagepfad kann zeilenweise und/oder nach Art einer anderen vorbestimmten Weise gewählt werden, so dass mehrere übereinander und/oder nebeneinander angeordnete Schichten, die jeweils aus einem Teil des abgelegten Rohmaterialstrangs 8 gebildet sind, entstehen. Mit anderen Worten kann durch eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung 2 und dem Ablageteil 26 während des Extrudierens des Rohmaterialstrangs 8 und einer Anschließenden Vulkanisation des Gummirohmaterials eine additive Fertigung eines Gummibauteils erreicht und/oder gewährleistet werden.
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Werden zwei Abschnitte des Rohmaterialstrangs 8 aufeinander angeordnet, ist es wünschenswert, dass das Gummirohmaterial des einen Abschnitts des Rohmaterialstrangs 8 und das Gummirohmaterial des anderen Abschnitts des Rohmaterialstrangs 8 gemeinsam abschließend vulkanisiert werden, um eine Vernetzung zwischen dem Gummirohmaterial des einen Abschnitts und dem Gummirohmaterial des anderen Abschnitts zu erreichen. Das entstehende Gummimaterial ist sodann besonders robust gegenüber einem Einwirken von äußeren Kräften und/oder mechanischen Momenten. Insbesondere kann dadurch einer Delaminierung des Gummiprodukts entgegengewirkt werden oder diese sogar verhindert werden.
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Der Mikrowellensender 6 ist vorzugsweise derart angeordnet und/oder ausgebildet, so dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 auf das Gummirohmaterial gelenkt werden, so dass ein Wärmegradient im Gummirohmaterial von innen nach außen entsteht, wobei im Inneren des Gummirohmaterials eine höhere Temperatur als an der Außenseite des Gummirohmaterials entsteht. Entsprechendes gilt für das Gummirohmaterial in einem Abschnitt des Rohmaterialstrangs 8, auf den die Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 einwirken. Wird der Rohmaterialstrang 8 mittels des Extruders 4 kontinuierlich extrudiert und erfolgt währenddessen eine Relativbewegung zwischen der Vorrichtung 2 und dem Ablageteil 26, wird kontinuierlich ein wandernder Abschnitt des zuvor jeweils extrudierten Rohmaterialstrangs 8 mittels der Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 erwärmt. Der Mikrowellensender 6 kann dabei derart konfiguriert sein, so dass die Erwärmung des jeweiligen Gummirohmaterials an der Außenseite des Rohmaterialstrangs 8 nicht beim erstmaligen Einwirken der Mikrowellen 12 zu einer Vulkanisation führt. Vielmehr kann der Mikrowellensender 6 derart konfiguriert sein, dass das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 erst bei einem zweiten oder mehrfachen Einwirken der Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 eine derartige Erwärmung erfahren, das auch das Gummirohmaterial in einem äußeren Abschnitt des Rohmaterialstrangs 8 vulkanisiert wird. Wird der Rohmaterialstrang 8 derart abgelegt, dass mehrere Schichten des Rohmaterialstrangs 8 übereinander angeordnet sind, so kann beispielsweise dann eine vollständige Vulkanisation von Gummirohmaterial von zwei unmittelbar aneinander anliegenden Schichten des Gummirohmaterialstrangs 8 erfolgen, wenn die Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 den zuvor genannten Abschnitt der aneinandergrenzenden Teile des Rohmaterialstrangs 8 mehrfach erwärmt haben. In diesem Fall findet eine gemeinsame Vernetzung von Gummirohmaterial zu Gummimaterial an dem Übergangsbereich zwischen zwei aufeinander angeordneten Rohmaterialsträngen 8 statt. Dies verhindert wiederum eine Delaminierung des herzustellenden Gummiprodukts.
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In der 1 ist die Vorrichtung 2 mit einer vorteilhaften Ausgestaltung des Mikrowellensenders 6 schematisch dargestellt. Der Mikrowellensender 6 ist dabei derart ausgestaltet und/oder angeordnet, so dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 auf einen Übergangsbereich 20 gerichtet sind, der an das Extrudermundstück 16 des Extruders 6 unmittelbar angrenzt. Der Übergangsbereich 20 ist vorzugsweise der Bereich, in dem ein bereits extrudierter aber noch nicht abgelegter Teil des Rohmaterialstrangs 8 angeordnet ist. Der andere Teil des Rohmaterialstrangs 8 befindet sich deshalb vorzugsweise in einem Ablagebereich 22 auf dem Ablageteil 26. Obwohl das in der 1 nicht schematisch nicht dargestellt ist, besteht die Möglichkeit, dass der Mikrowellensender 6 ausgebildet und/oder konfiguriert ist, um Mikrowellen 12 auf den Rohmaterialstrang 8 im Ablagebereich 22 auszusenden, um auch hier eine Erwärmung des Gummirohmaterials des entsprechenden Teils des Rohmaterialstrangs 8 hervorzurufen. Ergänzend und/oder alternativ kann der Mikrowellensender 6 dazu ausgebildet sein, das Gummirohmaterial mittel Mikrowellen 12 in einem Mundstückkanal 18, der zu dem Extrudermundstück 16 führt, zu erwärmen.
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Der Mikrowellensender 6 kann derart konfiguriert und/oder ausgebildet sein, so dass die in den Übergangsbereich 20 und/oder Ablagebereich 22 gelenkten Mikrowellen 12 eine Erwärmung des sich dort befindlichen Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs 8 hervorrufen, so dass dort eine Vulkanisation des entsprechenden Gummirohmaterials zu Gummimaterial erfolgt. Dies wird auch als Vulkanisation des Gummirohmaterials zu Gummimaterial bezeichnet. Der Mikrowellensender 6 kann jedoch auch derart konfiguriert und/oder ausgebildet sein, dass die Leistung und/oder andere Parameter, die die ausgesendeten Mikrowellen 12 charakterisieren, derart gesteuert eingestellt sind, das eine Erwärmung des Gummirohmaterials, insbesondere im Übergangsbereich 20 und/oder Ablagebereich 22, nicht zu einer Vulkanisation des Gummirohmaterials führt. Um insbesondere in diesem Fall dennoch eine Vulkanisation des Gummirohmaterials des abgelegten Rohmaterialstrangs 8 zu erreichen, kann der abgelegte Teil des Gummirohmaterialstrangs 8 durch weitere Wärmezufuhr, insbesondere mittels Infrarotstrahlung, Laserstrahlung und/oder Plasmastrahlung soweit erwärmt werden, bis eine Vulkanisation des Gummimaterials des genannten Teils des Rohmaterialstrangs 8 zu Gummimaterial erfolgt. Die zuvor genannte Erwärmung kann jedoch auch mit Mikrowellen erfolgen, die von einem weiteren Mikrowellensender ausgesendet werden. Die vorangegangen Erläuterung kann deshalb in entsprechender Weise gelten.
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Die Erwärmung des abgelegten Teils des Rohmaterialstrangs 8 kann schichtweise mittels der ausgesendeten Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Schichten gleichzeitig mittels der ausgesendeten Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 derart erwärmt werden, so dass das zugehörige Gummirohmaterial gleichzeitig vulkanisiert wird. Auch das Ablageteil 26 kann vorgewärmt sein, insbesondere durch Mikrowellenstrahlung, Infrarotstrahlung, Laserstrahlung und/oder Plasmastrahlung.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zusätzlich zu der Erwärmung des Gummirohmaterials mittels der Mikrowellen eine weitere Energieeinkopplung in das Gummirohmaterial des abgelegten Rohmaterialstrangs 8 erfolgt. Dies kann beispielsweise durch Schwingungen, beispielsweise durch Ultraschall, erfolgen.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das in dem Extruder 4 geförderte Gummirohmaterial mittels einer anderen Heizung, die der Vorrichtung 2 vorzugsweise zugeordnet ist, erwärmt wird. So kann beispielsweise dem Extrudermundstück 16 eine Heizung zugeordnet sein, die zum zusätzlichen Erwärmen des Gummirohmaterials im Extruder 4 ausgebildet ist.
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Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Vorrichtung 2 und das Ablageteil 26 in einer vorgewärmten Kammer angeordnet ist und auch das Ablageteil 26 separat erwärmt werden kann.
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Obwohl die zuvor genannten Möglichkeiten zur zusätzlichen Erwärmung des Gummirohmaterials, insbesondere des abgelegten Rohmaterialstrangs 8, zur Vulkanisation des entsprechenden Gummirohmaterials beitragen können, kann es auch vorgesehen sein, dass die Vulkanisation des Gummirohmaterials zu Gummimaterial ausschließlich durch das Einwirken der Mikrowellen 12 des Mikrowellensenders 6 erfolgt. Der Mikrowellensender 6 kann derart konfiguriert und/oder ausgebildet sein, so dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 beim Einwirken auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 eine Erwärmung des zugehörigen Gummirohmaterials auf eine Zieltemperatur hervorrufen, die größer oder gleich einer vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastomeren Gummimaterial wird. Dies bietet den Vorteil, dass es zusätzlich zu dem Mikrowellensender 6 keiner weiteren Einheit bedarf, die zum Erwärmen und Vulkanisieren des Gummirohmaterials erforderlich ist. Darüber hinaus wird der Mikrowellensender 6 zusammen mit dem Extruder 4 bewegt, so dass eine kontinuierliche Ablage des Rohmaterialstrangs 8 und außerdem ein kontinuierliches Vulkanisieren des abgelegten Teils des Rohmaterialstrangs 8 durch die Mikrowelle 12 des Mikrowellensenders 6 erfolgen kann.
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Die Vulkanisation findet vorzugsweise jedoch nur an dem bereits extrudierten Gummirohmaterial statt. Der Extruder 6 weist vorzugsweise ein Extrudermundstück 16 und einen Mundstückkanal 18 auf, der mit der formgebenden Öffnung des Extrudermundstücks 16 endet. Durch die formgebende Öffnung kann der Rohmaterialstrang 8 aus dem Extruder 6 herausgepresst bzw. extrudiert werden. Obwohl die Vulkanisation außerhalb des Extruders 6 stattfindet, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn bereits eine Vorwärmung des Gummirohmaterials innerhalb des Extruders 6 stattfinden kann.
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In der 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung 2 dargestellt, bei der der Mikrowellensender 6 derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, so dass zumindest ein Teil der von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 auf das Gummirohmaterial innerhalb des Extruders 6, insbesondere innerhalb des zugehörigen Mundstückkanals 18 und/oder Extrudermundstücks 16 wirkt. Der Mikrowellensender 6 kann also dazu ausgebildet sein, zumindest einen Teil der ausgesendeten Mikrowellen 12 in den Mundstückkanal 18 und/oder in das Extrudermundstück 16 zu lenken. Die Leistung dieser zu dem Mundstückkanal 18 und/oder dem Extrudermundstück 16 gelenkten Mikrowellen 12 ist vorzugsweise derart durch den Mikrowellensender 12 gesteuert, dass dieses Gummirohmaterial nicht vulkanisiert, sondern vielmehr vorgewärmt wird.
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In der 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung 2 gezeigt. Der Mikrowellensender 6 der Vorrichtung 2 ist dazu ausgebildet, dass die von dem Mikrowellensender 6 ausgesendeten Mikrowellen 12 sowohl auf das Gummirohmaterial im Mundstückkanal 18 als auch auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 gelenkt werden. Durch den Teil der Mikrowellen 12, die auf das Gummirohmaterial im Mundstückkanal 18 gelenkt sind, erfolgt eine Vorerwärmung des Gummirohmaterials. Nach dem herauspressen bzw. extrudieren des Rohmaterialstrangs 8 wird das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 weiter erwärmt, bis eine vollständige Vulkanisation des Gummirohmaterials zu Gummimaterial führt. Aus dem vulkanisierten Rohmaterialstrang 8, insbesondere wenn dieser in mehreren Schichten übereinander angeordnet ist, entsteht das vulkanisierte Gummimaterial und/oder Gummiprodukt.
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In jedem der 1 bis 3 ist jeweils außerdem eine vorteilhafte Ausgestaltung eines Systems 24 dargestellt. Im Folgenden wird zunächst auf das System 24 aus der 1 Bezug genommen.
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Das schematisch und beispielhaft in 1 dargestellte System 24 weist das Ablageteil 26 und die Vorrichtung 2 auf. Das System 24 ist dazu ausgebildet, den Extruder 4 der Vorrichtung 2 und das Ablageteil 26 relativ zu einander zu bewegen, während der Extruder 4 den Rohmaterialstrang 8 extrudiert, so dass dieser auf dem Ablageteil 26 abgelegt wird. Der Mikrowellensender 6 ist vorzugsweise fest an dem Extruder 4 befestigt. Die zuvor genannte Relativbewegung des Extruders 4 in Bezug auf das Ablageteil 26 kann deshalb in analoger Weise für das System 24 bzw. den zugehörigen Mikrowellensender 6 gelten.
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Das System 24 weist vorzugsweise eine erste Handhabungsvorrichtung 32 auf. Die Handhabungsvorrichtung 32 kann beispielsweise nach Art eines Roboters mit einem Roboterarm 36 ausgebildet sein. Die Vorrichtung 2, und insbesondere allein der Extruder 4 der Vorrichtung 2, ist von der ersten Handhabungsvorrichtung 32 gehalten. Dazu kann die Vorrichtung 2 bzw. der dazugehörige Extruder 4 an einem Armende des Roboterarms 36 befestigt sein, wenn die erste Handhabungsvorrichtung 32 von einem Roboter gebildet ist. Wie schematisch aus der 2 zu entnehmen ist, kann für das System 24 auch eine weitere, zweite Handhabungsvorrichtung 38 vorgesehen sein. Auf diese soll jedoch erst später eingegangen werden.
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Die erste Handhabungsvorrichtung 32 ist vorzugsweise zum Bewegen der Vorrichtung 2 und/oder des Extruders 4 ausgebildet, um den Extruder 4 entlang eines vorbestimmten Pfads zu führen, während der Extruder 4 den Rohmaterialstrang 8 extrudiert und sich daraufhin auf dem Ablageteil 26 ablegt. Der vorbestimmte Pfad kann derart gewählt sein, so dass sich der Rohmaterialstrang in Schichten übereinander und derart aufeinander entlang eines vorbestimmten Ablagepfads ablegt, um daraus schichtweise ein Gegenstand mit einer vorbestimmten Form zu bilden. Durch die Vulkanisation des Gummirohmaterials des schichtweise abgelegten Gummirohmaterialstrangs 8 entsteht ein Gummiprodukt mit einer gewünschten Außenform. Mit anderen Worten kann das System 24 zum additiven Fertigen eines Gummiprodukts verwendet werden.
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Für das System 24 hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ablageteil 26 beispielsweise durch eine Ablageplatte 28 gebildet ist. In 1 ist ein als Ablageplatte 28 ausgestaltetes Ablageteil 26 schematisch dargestellt. Die Ablageplatte 28 ist auf Rollen gelagert und kann somit verschoben werden. Die Rollen können motorisch angetrieben sein, so dass die Ablageplatte 28 gesteuert relativ zu der Vorrichtung 2 bewegt werden kann. Alternativ und/oder ergänzend kann es vorgesehen sein, dass die Vorrichtung 2 mittels der ersten Handhabungsvorrichtung 32, insbesondere ausgestaltet als Roboter mit einem Roboterarm 36, bewegt wird. Dadurch kann der Rohmaterialstrang 8 entlang des zuvor erläuterten, vorbestimmten Ablagepfads auf der Ablageplatte 28 und/oder in weiteren Schichten abgelegt werden.
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Wie zuvor erläutert, kann der Mikrowellensender 6 der Vorrichtung 2 dazu ausgestaltet sein, so dass dieser Mikrowellen 12 aussendet, die eine Vulkanisation des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs 8 hervorrufen. Es ist jedoch auch möglich, dass die von dem Mikrowellensender 6 auf das Gummirohmaterial des Rohmaterialstrangs 8 und/oder auf das Gummirohmaterial innerhalb des Extruders 4 gerichteten Mikrowellen eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen, die noch nicht zu einer Vulkanisation des Gummirohmaterials führt.
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Für das System 24, wie es beispielhaft in der 2 schematisch dargestellt ist, kann es deshalb vorgesehen sein, dass das System 24 eine Heizvorrichtung 34 aufweist. Die Heizvorrichtung 34 kann an einem Gestell und/oder einer weiteren Handhabungsvorrichtung, insbesondere der zweiten Handhabungsvorrichtung 38, befestigt sein. Dadurch kann die Heizvorrichtung 34 oberhalb des abgelegten Rohmaterialstrangs 8 angeordnet sein, um eine weitere Erwärmung des Rohmaterialstrangs 8 hervorzurufen. Die Heizvorrichtung 34 kann zum Erwärmen des abgelegten Rohmaterialstrangs 8 mittels Infrarotstrahlung, Laserstrahlung und/oder Plasmastrahlung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Heizvorrichtung 34 dazu ausgebildet und/oder konfiguriert sein, den Rohmaterialstrang 8 auf eine Heiztemperatur zu erwärmen, die größer oder gleich der vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastischem Gummimaterial wird bzw. vulkanisiert. Damit kann also aus der Kombination der Vorrichtung 2 und der Heizvorrichtung 34, die beide zu dem System 24 gehören, ein Gummiprodukt hergestellt werden.
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Das Ablageteil 26 ist jedoch nicht notwendigerweise durch eine Ablageplatte 28 gebildet. So kann das Ablageteil 26 grundsätzlich von einem beliebigen Halbfabrikat, einem Reifenrohling 30 oder von zumindest einem Teil eines Reifenrohlings 30 gebildet sein.
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In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung des Systems 24 schematisch dargestellt, bei dem das Ablageteil 26 von einem Reifenrohling 30 gebildet ist. Mittels der ersten Handhabungsvorrichtung 32 ist die Vorrichtung 2 derart an einer Außenseite des Reifenrohlings 30 angeordnet, so dass der extrudierte Rohmaterialstrang 8 auf einer Außenseite des Reifenrohlings 30 abgelegt wird. Während des Extrudierens des Rohmaterialstrangs 8 mittels der Vorrichtung 2 bzw. dem zugehörigen Extruder 4 wird der Reifenrohling 30 um die zugehörige Drehachse gedreht, so dass der Rohmaterialstrang 8 fortlaufend in Umfangsrichtung auf der Außenseite des Reifenrohlings 30 abgelegt wird. Auf die vorangegangenen Erläuterungen bezüglich des Erwärmens und/oder des Vulkanisierens des Gummirohmaterials mittels des Mikrowellensenders 6 wird in analoger Weise Bezug genommen.
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Darüber hinaus ist anzumerken, dass der Rohmaterialstrang 8 auch mit einer kurzen Länge extrudiert werden kann. Außerdem kann an der Außenseite des Reifenrohlings 30 eine Vielzahl von kurzen Rohmaterialsträngen 8 abgelegt werden. Dies ermöglicht es, dass beispielsweise ein Reifenprofil an der Außenseite eines Reifenrohlings 30 mittels des Systems 24 hergestellt wird. Alternativ oder ergänzend können beispielsweise Seitenwände an einem Reifenrohling 30 mittels des Systems 24 hergestellt werden.
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In der 4 sind die Verfahrensschritte a) und b) einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens in einem beispielhaften und schematisch dargestellten Ablaufplan dargestellt. Das Verfahren umfasst also zumindest die Schritte a) und b). Verfahrensschritt b) wird nach Verfahrensschritt a) ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass Schritt b) zumindest abschnittsweise oder vollständig parallel zu Schritt a) ausgeführt wird. Gemäß Schritt a) des Verfahrens ist ein Extrudieren des Rohmaterialstrangs 8 aus Gummirohmaterial mittels des Extruders 4 vorgesehen. Gemäß Schritt b) ist ein Aussenden von Mikrowellen 12 mittels des Mikrowellensenders 6 vor, während und/oder nach dem Extrudieren auf das Gummirohmaterial vorgesehen, so dass die ausgesendeten Mikrowellen 12 auf das Gummirohmaterial wirken und dadurch eine Erwärmung des Gummirohmaterials hervorrufen. Insbesondere werden die Mikrowellen in Schritt b) derart ausgesendet, dass eine Erwärmung des Gummirohmaterials des Rohmaterialstrangs auf eine Zieltemperatur hervorgerufen wird, die größer oder gleich der vorbestimmten Referenztemperatur ist, bei der das Gummirohmaterial zu elastomeren Gummimaterial wird.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Extruder
- 6
- Mikrowellensender
- 8
- Rohmaterialstrang
- 12
- Mikrowellen
- 16
- Extrudermundstück
- 18
- Mundstückkanal
- 20
- Übergangsbereich
- 22
- Ablagebereich
- 24
- System
- 26
- Ablageteil
- 28
- Ablageplatte
- 30
- Reifenrohling
- 32
- erste Handhabungsvorrichtung
- 34
- Heizvorrichtung
- 36
- Robotorarm
- 38
- zweite Handhabungsvorrichtung
