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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Materialverbunds umfassend eine Materialbahn und einen Schutzfilm.
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Es ist bekannt, folienbasierte Produkte mit zwei oder mehr Schichten in einem bahnverarbeitenden Verfahren und/oder einer bahnverarbeitenden Vorrichtung mittels Lamination von Materialbahnen aufzubauen. Als Lamination wird dabei im Zusammenhang mit der Anmeldung sowohl ein temporäres oder dauerhaftes Verbinden einer Materialbahn mit einer oder mehreren weiteren Materialbahnen, als auch ein in der Regel temporäres Verbinden einer Materialbahn mit einer Trägerbahn oder einem Schutzfilm bezeichnet. Entsprechend wird ein Ablösen oder Trennen der Materialbahnen oder anderer Bahnen als Delamination bezeichnet.
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Einzelne oder alle Materialbahnen können dabei mit Durchbrüchen oder Ausnehmungen versehen sein, die unterschiedlichen Funktionen dienen.
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Beispielsweise ist es bekannt, eine Membran-Elektroden-Anordnung oder Teilen davon für eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur aus Materialbahnen herzustellen. Die MEA umfasst eine Katalysator-beschichtete Membran (engl. Catalyst Coated Membrane, kurz CCM), an welcher einseitig oder beidseitig Randverstärkungen oder Rahmen (engl. Frame oder rim) aus kostengünstigerem und widerstandsfähigerem Material vorgesehen sind. Dabei ist es bekannt, für die Rahmen ein bahnförmiges Rahmenmaterial bereitzustellen, wobei in das Rahmenmaterial Ausnehmungen für Fenster eingebracht werden und die CCM derart mit dem Rahmenmaterial verbunden wird, dass ein aktiver Bereich in den Fenstern angeordnet wird und ein Rand des aktiven Bereichs durch die Rahmen abgedeckt wird.
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Alternativ oder zusätzlich sind in anderen Ausgestaltungen an Materialbahnen für Rahmen oder andere Schichten weitere oder andere Ausnehmungen einzubringen, welche in einem späteren Materialverbund Kanalstrukturen oder Öffnungen für Anschlüsse bilden.
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Ein Einbringen der Ausnehmungen erfolgt in bekannten Verfahren mittels Stanzen insbesondere mittels Rotationsstanzen. Es sind jedoch auch andere Schneidverfahren denkbar.
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Dabei ist es bekannt, die Materialbahn für ein Stanzen mit einem Schutzfilm zu laminieren. Ein Stanzen erfolgt dabei derart, dass Konturschnitte in die Materialbahn eingebracht werden, durch welche die Materialbahn, nicht jedoch der Schutzfilm durchtrennt wird. Der Schutzfilm stellt so während und nach dem Stanzen eine ausreichende Stabilität der Materialbahn sicher. Die durch die Konturschnitte begrenzten Ausschnitte oder Reste werden im Zusammenhang mit der Anmeldung unabhängig von einem verwendeten Schneidverfahren als Stanzreste bezeichnet.
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Dabei ist es weiter bekannt, den für das Stanzen verwendeten Schutzfilm nach dem Stanzen von der Materialbahn zu delaminieren. Um für eine Weiterverarbeitung eine ausreichende Stabilität der Materialbahn nach einer Delamination des Schutzfilms sicherzustellen, ist es weiter bekannt, die Materialbahn vor der Delamination des Schutzfilms auf ein Gegenelement aufzubringen. Bei dem Gegenelement handelt es sich beispielsweise um eine Trägerbahn.
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Die Stanzreste sind üblicherweise in einem Schritt mit der Delamination des Schutzfilms von der Materialbahn zu entfernen. Für eine Delamination des Schutzfilms sind Vorrichtungen mit Delaminationsrollen oder Delaminationskeilen bekannt, um welche der Schutzfilm umgelenkt wird. Weiter ist auch eine Delamination mittels geeigneter Umlenkung des Schutzfilms ohne Delaminationsrollen oder Delaminationskeile bekannt.
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Um ein Entfernen des Stanzrests sicherzustellen, muss eine adhäsive Wirkung des Schutzfilms auf die Stanzreste bei der Delamination des Schutzfilms sowohl eine adhäsive Wirkung des Gegenelements auf die Stanzreste als auch eine Eigensteifigkeit der Stanzreste bei einer ,Ablenkung von der Materialbahn überwinden können. Gleichzeitig muss eine adhäsive Wirkung des Gegenelements auf die Materialbahn ausreichend sind, so dass keine Bereiche der durch die Ausschnitte geschwächten Materialbahn von dem stabilisierenden Gegenelement abgezogen oder angehoben werden und später zu Faltenwurf oder Lufteinschlüssen an der Materialbahn führen.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Materialverbunds umfassend eine Materialbahn und einen daran angebrachten Schutzfilm für ein sicheres Entfernen von Stanzresten von der Materialbahn zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Materialverbunds umfassend eine Materialbahn und einen daran angebrachten Schutzfilm geschaffen, wobei in die Materialbahn von einer dem Schutzfilm gegenüberliegenden ersten Seite des Materialverbunds die Materialbahn durchtrennende Konturschnitte unter Bildung von Stanzresten eingebracht sind, wobei die Konturschnitte eingebracht sind, ohne den Schutzfilm zu durchtrennen. Das Verfahren sieht vor, dass- vor, während oder nach dem Einbringen der Konturschnitte - in den Materialverbund umfassend die Materialbahn und den Schutzfilm im Bereich der Stanzreste von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite Einstiche und/oder Einprägungen eingebracht werden, wobei ein mittels der Einstiche und/oder Einprägungen verdrängtes Material von der ersten Seite abragt.
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Die Begriffe „ein“, „einer“ etc. werden im Zusammenhang mit der Anmeldung als unbestimmte Artikel und nicht als Zählwörter verwendet. Ebenso dienen die Begriffe „erster“ und „zweiter“ in Zusammenhang mit der Anmeldung lediglich zur Unterscheidung und geben keine Reihenfolge an. Auch verlangen die Begriffe „erste“, „erster“ etc. nicht zwangsweise ein Vorhandensein von zweiten baugleichen oder ähnlichen Elementen.
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Die Einstiche werden auch als Perforationen und die Einprägungen als Auswölbungen bezeichnet. Die Einstiche und/oder Einprägungen sind so auszuführen, dass das von der zweiten Seite durchstochene oder ausgewölbte Material von der ersten Seite abragt. Dadurch wird eine glatte Auflage des Materialverbunds mit der ersten Seite auf einem Gegenelement verhindert. Bei einem Anbringen des Materialverbunds mit der ersten Seite an einem Gegenelement wird so eine adhäsive Wirkung zwischen dem Stanzrest und dem Gegenelement reduziert, und dadurch bei einer nachfolgenden Delamination des Schutzfilms von der Materialbahn ein Ablösen des Stanzrests von dem Gegenelement und damit ein Entfernen des Stanzrests von der Materialbahn sichergestellt.
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In einer Ausgestaltung wird der Materialverbund mit dem Konturschnitt für das Verfahren bereitgestellt, wobei ein Einbringen des Konturschnitts in einem zeitlich und/oder örtlich getrennten Verfahren erfolgt. In anderen Ausgestaltungen wird der Konturschnitt unmittelbar vor den Einstichen und/oder Einprägungen oder unmittelbar nach den Einstichen und/oder Einprägungen eingebracht.
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In einer Ausgestaltung werden die Einstiche oder Einprägungen nach dem Konturschnitt in den Materialverbund eingebracht. Die Stanzreste sind dabei bereits durch den Konturschnitt von der restlichen Materialbahn getrennt, so dass ein Verzug der Materialbahn aufgrund der Einstiche und/oder Einprägungen vermieden wird.
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Eine Anzahl und/oder Anordnung der Einstiche und/oder Einprägungen ist dabei je nach Anwendungsfall durch den Fachmann geeignet wählbar. Insbesondere ist in einer Ausgestaltung für kleinere Stanzreste nur eine Einprägung oder ein Einstich vorgesehen.
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Für größere Stanzreste sind dagegen in Ausgestaltungen zwei oder mehr Einstiche und/oder Einprägungen vorgesehen.
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Die Einstiche und/oder Einprägungen werden in einer Ausgestaltung in Förderrichtung an einer Vorderkante der Stanzreste eingebracht. Das verdrängte Material stößt so bei der Delamination die Vorderkante des Stanzrests von dem Gegenelement ab und reduziert die adhäsive Wirkung, so dass die Vorderkante bei der Delamination ohne große Krafteinwirkung von dem Gegenelement abgehoben werden kann. Mit der Vorderkante kann ein verbleibender Teil des Stanzrests mit abgezogen werden.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Materialverbund mit den Einstichen und/oder Einprägungen auf ein Gegenelement aufgebracht wird. Bei dem Gegenelement handelt es sich beispielsweise um eine Rolle, ein Vakuumtransportband oder einen weiteren Materialverbund. In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem Gegenelement um eine Trägerbahn, auf welche der Materialverbund für eine Weiterverarbeitung laminiert wird. Eine Delamination des Schutzfilms von der Materialbahn erfolgt dabei in einer Ausgestaltung unmittelbar nachfolgend an ein Aufbringen der Materialverbunds auf das Gegenelement. In anderen Ausgestaltungen, insbesondere bei einer Lamination auf eine Trägerbahn wird der Materialverbund umfassend die Trägerbahn, die Materialbahn und den Schutzfilm zwischengespeichert, wobei eine Weiterverarbeitung unter Delamination des Schutzfilms in einem getrennten Verfahren erfolgt.
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In einer Ausgestaltung wird die Materialbahn mittels einer Laminationsrolle auf eine adhäsive Trägerbahn laminiert. Dabei ist in einer Ausgestaltung eine Laminationsrolle mit einer hohen Elastizität und/oder eine elastisch gelagerte Laminationsrolle vorgesehen, so dass sichergestellt ist, dass bei einer Lamination die durch das verdrängte Material an der zweiten Seite geschaffenen Erhebungen erhalten bleiben.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass nach einer Lamination des Materialverbunds auf die Trägerbahn eine Delamination des Schutzfilms von der Materialbahn unter Entfernen der Stanzreste erfolgt. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass nach der Delamination eine Verbindung der Materialbahn mit der Trägerbahn in einer Laminationsstation verstärkt wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Materialverbunds umfassend eine Materialbahn und einen daran angebrachten Schutzfilm geschaffen, wobei in die Materialbahn die Materialbahn durchtrennende Konturschnitte unter Bildung von Stanzresten von einer dem Schutzfilm gegenüberliegenden ersten Seite des Materialverbunds eingebracht sind, und wobei die Konturschnitte eingebracht sind, ohne den Schutzfilm zu durchtrennen. Die Vorrichtung umfasst eine Perforations- und/oder Prägeeinrichtung, um - vor, während oder nach dem Einbringen der Konturschnitte - in den Materialverbund im Bereich der Stanzreste von einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite Einstiche und/oder Einprägungen so einzubringen, dass ein mittels der Einstiche und/oder Einprägungen verdrängtes Material von der ersten Seite abragt.
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Die Perforations- und/oder Prägeeinrichtung weist zu diesem Zweck geeignete Nadeln oder Dorne auf. Die Nadeln und/oder Dorne sind in einer Ausgestaltung an einer Walze angebracht. In anderen Ausgestaltungen sind die Nadeln und/oder Dorne an einem linear verstellbaren Element, beispielsweise an einem Balken angebracht.
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Die Perforations- und/oder Prägeeinrichtung ist dabei in Ausgestaltungen eingerichtet, um die Einstiche und/oder die Einprägungen in Förderrichtung an einer Vorderkante der Stanzreste einzubringen.
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Die Vorrichtung umfasst in einer Ausgestaltung eine in Förderrichtung stromabwärts der Perforations- und/oder Prägeeinrichtung angeordnete Station, um den Materialverbund umfassend die Materialbahn und den Schutzfilm auf ein Gegenelement, insbesondere eine Trägerbahn, aufzubringen.
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Bei der Station handelt es sich in einer Ausgestaltung um eine Laminationsstation umfassend eine Laminationsrolle, um den Materialverbund mittels der Laminationsrolle auf eine adhäsive Trägerbahn zu laminieren.
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In einer anderen Ausgestaltung wird der Materialverbund auf ein Gegenelement wie eine Rolle oder ein Vakuumtransportband aufgebracht.
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In einer Ausgestaltung ist in Förderrichtung stromabwärts der Laminationsstation eine Delaminationsstation für eine Delamination des Schutzfilms von der Materialbahn vorgesehen. Die Delaminationsstation umfasst in einer Ausgestaltung eine Delaminationsrolle oder einen Delaminationskeil. In anderen Ausgestaltungen ist eine Delamination ohne Delaminationsrolle oder Delaminationskeil vorgesehen.
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In einer Ausgestaltung ist in Förderrichtung stromabwärts der Delaminationsstation eine zweite Laminationsstation vorgesehen, um einen Verbund der Materialbahn mit der Trägerbahn zu verstärken.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der schematischen Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
- 1: eine Delamination eines Schutzfilms unter Entfernen von Stanzresten von einer Materialbahn;
- 2: ein Einbringen von Konturschnitten in einen Materialverbund umfassend eine Materialbahn und einen Schutzfilm;
- 3: ein Einbringen von Einstichen in den Materialverbund gemäß 2;
- 4: den Materialverbund gemäß 3 nach dem Einbringen von Einstichen;
- 5: eine Lamination des Materialverbund gemäß 4 auf eine Trägerbahn; und
- 6: eine Delamination des Schutzfilms von dem Materialverbund gemäß 5.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt schematisch eine Verarbeitung einer Materialbahn 1 mit Ausnehmungen 10 bei einer Delamination eines Schutzfilms 12 unter Entfernen von Stanzresten 14 von der Materialbahn 1.
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Die Materialbahn 1 wird zunächst mit dem Schutzfilm 2 bereitgestellt, wobei die Materialbahn 1 mit dem Schutzfilm 2 einen Materialverbund, auch als Laminat bezeichnet, bildet.
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Der Materialverbund weist eine in 1 unten angeordnete, dem Schutzfilm 2 gegenüberliegende erste Seite 11 und eine dieser gegenüberliegende zweite Seite 12 auf.
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In die Materialbahn 1 sind von der dem Schutzfilm 2 gegenüberliegenden ersten Seite 11 Konturschnitte eingebracht, welche die Ausnehmen 10 begrenzen. Die Konturschnitte sind dabei eingebracht, ohne den Schutzfilm 2 zu durchtrennen. Durch die Konturschnitte werden dabei Stanzreste 14 erzeugt, wobei der Schutzfilm 2 mit den Stanzresten 14 von der Materialbahn 1 delaminiert wird.
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Vor einer Delamination des Schutzfilms 2 von der Materialbahn 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Lamination der Materialbahn 1 auf eine Trägerbahn 3 vorgesehen.
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Um ein Ablösen der Stanzreste 14 von der Trägerbahn 3 und ein Entfernen der Stanzreste 14 von der Materialbahn 1 sicherzustellen, sind in die Materialbahn 1 und den Schutzfilm 2 im Bereich der Stanzreste 14 von der zweiten Seite 12 Einstiche und/oder Einprägungen eingebracht, wobei ein mittels der Einstiche und/oder Einprägungen verdrängtes Material 19 von der ersten Seite 11 abragt.
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In anderen Worten wird die Materialbahn 1 von der Schutzfilmseite bearbeitet, so dass das aufgrund der Bearbeitung verdrängte Material 19 von der gegenüberliegenden Seite abragt. Aufgrund des Materials 19 ist keine glatte Auflage der Materialbahn 1 auf der Trägerbahn 3 möglich. Dadurch wird eine adhäsive Wirkung zwischen den Stanzresten 14 und der Trägerbahn 3 reduziert. Durch die Einstiche und/oder Einprägungen wird so ein Ablösen der Stanzreste 14 von der Trägerbahn 3 und damit ein zuverlässiges Entfernen des Stanzrests 14 von der Materialbahn 1 erzielt.
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Die Einstiche und/oder Einprägungen und damit das verdrängte Material 19 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel wie schematisch dargestellt an einer Vorderkante des Stanzrests 14 in der schematisch durch Pfeile angedeuteten Förderrichtung angeordnet. Dadurch wird ein Ablösen der Vorderkante des Stanzrests 14 bewirkt, wobei der verbleibende Teil des Stanzrests 14 mit der Vorderkante von der Trägerbahn 3 delaminiert wird.
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Die 2 bis 5 zeigen schematisch Schritte zur Bearbeitung eines Materialverbunds gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel, um Stanzreste 14 von der Materialbahn 1 zu entfernen.
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2 zeigt den Materialverbund umfassend die Materialbahn 1 und den Schutzfilm 2. Ein Laminieren des Schutzfilms 2 und der Materialbahn 1 erfolgt dabei in einer Ausgestaltung einem getrennten Verfahren, beispielsweise bei einer Herstellung der Materialbahn 1. Es ist jedoch auch denkbar, die Materialbahn 1 und den Schutzfilm 2 unmittelbar vor einer Weiterverarbeitung zu laminieren.
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Wie in 2 dargestellt, wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zunächst in einem ersten Schritt mittels einer schematisch dargestellten Stanzwalze 4 von einer dem Schutzfilm 2 abgewandten ersten Seite 11 ein Konturschnitt 16 in die Materialbahn 1 eingebracht, ohne dabei den Schutzfilm 2 zu durchtrennen. Der Schutzfilm 2 kann dabei wie angedeutet leicht mittels Schneidkanten der Stanzwalze 4 beschädigt werden, solange dies keinen den Prozess beeinträchtigenden Einfluss auf eine Stabilität des Schutzfilms 2 bewirkt. Die Konturschnitte 16 begrenzen eine in 1 dargestellte Ausnehmung 10 unter Bildung des Stanzrests 14.
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Wie in 3 dargestellt, werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel anschließend an das Einbringen des Konturschnitts 16 in die Materialbahn 1 und den Schutzfilm 2 im Bereich der Stanzreste 14 mittels einer schematisch dargestellten Perforations- und/oder Prägeeinrichtung 5 von der zweiten Seite 12 Einstiche 18 eingebracht, wobei ein mittels der Einstiche 18 verdrängtes Material 19 von der ersten Seite 11 abragt.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Perforations- und/oder Prägeeinrichtung 5 Perforationsnadeln 50, mittels welchen den Schutzfilm 2 und die Materialbahn 1 durchdringende Einstiche 18 eingebracht werden. In anderen Ausgestaltungen erfolgt eine Umformung der Materialbahn 1 und des Schutzfilms 2, wobei nur eine Schicht oder keine Schicht perforiert wird.
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Wie schematisch in 4 dargestellt, kann ein Entfernen der Perforationsnadeln 50 aufgrund Materialeigenschaften der Materialbahn 1 und/oder des Schutzfilms 2 zur Folge haben, dass die Einstiche 18 ganz oder teilweise wieder verschlossen werden, wobei jedoch ein mittels der Einstiche 18 verdrängtes Material 19 auch nach einem Entfernen der Perforationsnadeln 50 von der zweiten Seite 11 abragt.
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Wie schematisch in 5 dargestellt, wird nach dem Einbringen der Einstiche 18 die Materialbahn 1 mit den Schutzfilm 2 auf eine adhäsive Trägerbahn 3 in einer Laminationsstation 6 laminiert. Dabei verhindert das verdrängte Material 19 im Bereich der Stanzreste 14 eine glatte Anlage der Materialbahn 1 an der Trägerbahn 3, so dass zwischen der Trägerbahn 3 und den Stanzresten 14 Lufteinschlüsse 7 verbleiben. Durch die Lufteinschlüsse 7 wird eine adhäsive Wirkung zwischen der Trägerbahn 3 und den Stanzresten 14 reduziert. Die dargestellte Laminationsstation 6 umfasst eine Laminationsrolle 60. Mittels der Laminationsrolle 60 wird die Materialbahn 1 derart auf die adhäsive Trägerbahn 3 laminiert, dass die Materialbahn 1 mit Ausnahme der Stanzreste 14 blasenfrei ohne Lufteinschlüsse mit der Trägerbahn 3 verbunden wird. Nur Bereiche unmittelbar um das durch die Einstiche 18 verdrängte und von der ersten Seite 11 abragende Material 19 haften nicht an der Traberbahn 3 an.
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6 zeigt schematisch eine nachfolgende Delaminationsstation 8 umfassend eine Delaminationsrolle 80, wobei an der Delaminationsstation 8 eine Delamination des Schutzfilms 2 von der Materialbahn 1 unter Entfernen der Stanzreste 14 erfolgt. Die Delaminationsstation 8 ist derart gestaltet, dass ein geeigneter Umlenkradius für den Schutzfilm 2 mit den Stanzresten 14 geschaffen wird.
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In einer Ausgestaltung ist nachfolgend zu der Delaminationsstation eine weitere Laminationsstation vorgesehen, an welcher eine Verbindung zwischen der Materialbahn 1 und der Trägerbahn 3 verstärkt wird, nachdem die Stanzreste 14 entfernt wurden.
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Sämtliche Abbildungen sind lediglich schematisch und tatsächliche Größenverhältnisse können von den dargestellten Größenverhältnissen abweichen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Schritte gemäß den 2 bis 6 in einem Prozess durchgeführt. In anderen Ausgestaltungen erfolgen alle Schritte oder einzelne Schritte in getrennten Prozessen. Beispielsweise erfolgt in einer alternativen Ausgestaltung ein Einbringen der Konturschnitte 16 und/oder eine Delamination des Schutzfilms 2 in einem getrennten Prozess.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die erste Seite 11 nach unten. In einer abweichenden Ausgestaltung ist der Materialverbund derart angeordnet, dass die erste Seite nach oben weist, wobei ein Einbringen des Konturschnitts von oben und ein Einbringen der Einstiche und/oder Einprägungen von unten erfolgt. In noch einer anderen Ausgestaltung wird der Materialverbund zwischen dem Einbringen der Konturschnitte und dem Einbringen der Einstiche und/oder Einprägungen gewendet.
