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Die Erfindung betrifft eine Ballonhüllenherstellungsvorrichtung zur Herstellung einer Ballonhülle aus mindestens zwei übereinander angeordneter Folienlagen, ein Verfahren zur Herstellung einer Ballonhülle und eine mit einem derartigen Verfahren herstellbare Ballonhülle.
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Aus Folienlagen hergestellte Ballonhüllen, die eine Schweißnaht aufweisen, sind, etwa aus der
DE 20 2018 104 836 U1 , bereits bekannt.
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Nachteilig an Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung derartiger Ballonhüllen ist, dass sie oft entweder unflexibel sind, was eine Formänderung der Ballonhülle betrifft und/oder dass sie viel Handarbeit erfordern und daher zeit- und kostenaufwendig sind.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Ballonhüllenherstellungsvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung einer Ballonhülle und eine mit einem derartigen Verfahren herstellbare Ballonhülle zu schaffen, welche hinsichtlich zumindest eines der genannten Nachteile verbessert sind.
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Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergegebene Ballonhüllenherstellungsvorrichtung, das in Anspruch 10 wiedergegebene Verfahren und die in Anspruch 11 wiedergegebene Ballonhülle gelöst.
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Die erfindungsgemäße Ballonhüllenherstellungsvorrichtung ist zur - insbesondere automatisierten - Herstellung einer Ballonhülle aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folienlagen geeignet. Die Ballonhüllenherstellungsvorrichtung wird im Rahmen dieser Druckschrift auch kurz als Vorrichtung bezeichnet. Die Vorrichtung weist mindestens einen Schweißkopf auf. Die Vorrichtung weist zudem Verlagerungsmittel auf, zur Verlagerung des Schweißkopfs und/oder der Folienlagen. Die Verlagerungsmittel sind bevorzugt automatisch ansteuerbar. Die Vorrichtung weist eine Steuereinrichtung auf, zur bevorzugt automatischen Ansteuerung der Verlagerungsmittel. Mittels der Verlagerungsmittel sind verschiedene Abfolgen von Bewegungen der Folienlagen und des Schweißkopfs relativ zueinander, zur Herstellung verschieden geformter Ballonhüllen, ausführbar.
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Auf diese Weise kann die Vorrichtung die automatisierte Herstellung von individuell geformten Ballonhüllen erlauben. Bevorzugt wird eine programmierbare Form der Ballonhülle erzielt. Es können bevorzugt einzelne, auf individuellen Kundenwunsch hin geformte Ballonhüllen in hoher Qualität zu geringen Herstellungskosten herstellbar sein, mit einer Schweißnaht, die, anders als bei etwaiger manueller Herstellung, mit großer Sicherheit gasdicht und belastbar ist.
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Bevorzugt ist die Ballonhüllenherstellungsvorrichtung zur automatisierten Herstellung einer Ballonhülle aus zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr übereinander angeordneten Folienlagen geeignet. Bevorzugt sind die Verlagerungsmittel dazu eingerichtet, automatisch angesteuert zu werden. Das automatische Ansteuern kann ein Steuern und/oder Regeln umfassen. Die Vorrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Folienlagen und/oder den Schweißkopf so zu verlagern, dass die Folienlagen und/oder der Schweißkopf verschiedene Abfolgen von Bewegungen relativ zueinander ausführen können, derart, dass sich mit den verschiedenen Abfolgen von Bewegungen verschieden geformte Ballonhüllen herstellen lassen.
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Die Zeit zur Herstellung einer Ballonhülle kann, verglichen mit einer etwaigen manuellen Herstellung, verringert sein. Bevorzugt beträgt die Zeit zur Herstellung genau einer Ballonhülle mit der Vorrichtung je nach Form und Größe höchstens 120 Minuten und/oder mindestens 1 Minute oder 5 Minuten.
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Während der Abfolge von Bewegungen der Folienlagen und des Schweißkopfs relativ zueinander bewegen sich bevorzugt die einzelnen Folienlagen nicht relativ zueinander. Bevorzugt sind die Folienlagen durch den Schweißkopf miteinander verschweißbar.
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Die Vorrichtung kann ein Gestell aufweisen. Bevorzugt verlagern die Verlagerungsmittel die Folienlagen und/oder den Schweißkopf und/oder einen etwaigen Trennkopf der Vorrichtung relativ zu dem Gestell. Soweit sich aus dem Zusammenhang nichts anderes ergibt, ist mit dem Begriff „Verlagern“ im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere eine Positionsänderung relativ zu dem Gestell gemeint und mit dem Begriff „Bewegen“ insbesondere eine Positionsänderung von Elementen, wie z. B. Folienlagen und/oder Schweißkopf und/oder einem etwaigem Trennkopf relativ zueinander. Bevorzugt umfasst eine Abfolge von Bewegungen der Folienlagen und des Schweißkopfs relativ zueinander Bewegungen in zwei parallel zur Folienebene verlaufenden Richtungen, die senkrecht aufeinander stehen können, und weiter bevorzugt in allen drei Raumrichtungen.
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Mit dem Begriff „Folienebene“ ist im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere die Ebene gemeint, in der die Folienlagen in dem Bereich der Vorrichtung verlaufen, in dem die Folienlagen durch die Vorrichtung miteinander verschweißbar sind bzw. in dem eine der Folienlagen in Kontakt mit dem Schweißkopf kommt. In einer denkbaren Ausführungsform, in der die Folienlagen in diesem Bereich nicht eben, sondern gekrümmt verlaufen, ist mit dem Begriff „Folienebene“ insbesondere die Tangentialebene zu diesem Bereich gemeint.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Ausführung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander, während der Schweißkopf nicht verlagert wird, durch Verlagern der Folienlagen. Die Verlagerungsmittel können dann einen Positioniertisch, insbesondere einen XYZ-Positioniertisch, umfassen oder hierdurch gebildet sein.
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In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Ausführung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander, während die Folienlagen nicht verlagert werden, durch Verlagern des Schweißkopfs, etwa mittels eines Schweißroboters.
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In der bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Ausführung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander durch Verlagern der Folienlagen und des Schweißkopfs. Vorzugsweise erfolgt hierbei eine Verlagerung des Schweißkopfs in eine senkrecht zur Folienebene verlaufende Richtung und in eine parallel zur Folienebene verlaufende Richtung. Weiter bevorzugt erfolgt hierbei eine Verlagerung der Folienlagen in eine weitere parallel zur Folienebene verlaufende Richtung, insbesondere senkrecht zu der parallel zur Folienebene verlaufenden Verlagerungsrichtung des Schweißkopfs.
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Bevorzugt umfasst die Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander unter anderem Bewegungen in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen, die den Abstand von Folienlagen und Schweißkopf zueinander nicht ändern. Vorzugsweise kann derselbe Schweißkopf verschiedene Abfolgen von Bewegungen relativ zu den Folienlagen ausführen. Die Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander umfassen bevorzugt eine Aneinanderreihung von Einzelbewegungen unterschiedlicher Richtungen. Bevorzugt ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass sich die Form der Ballonhülle aus der Ausgestaltung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander ergibt. Durch diese formgebende Relativbewegung von Folienlagen und Schweißkopf zueinander kann eine große Freiheit bei der Auswahl der gewünschten Form der Ballonhülle erzielt werden.
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Bevorzugt ist die Form der Ballonhülle mit Hilfe der Steuereinrichtung frei bestimmbar. Vorzugsweise ist die Form der Ballonhülle mit Hilfe einer Auswahl oder Vorgabe oder Programmierung einer Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander frei bestimmbar. Bevorzugt ähnelt die Vorrichtung bezüglich dieser freien Bestimmbarkeit einer Form mittels automatisch ansteuerbarer Verlagerungsmittel einem Plotter und kann vorzugsweise als plotterartig bezeichnet werden. Vorzugsweise ist die Form der Ballonhülle also nicht z. B. durch die Form des Schweißkopfs vorgegeben. Vorzugsweise muss zur Herstellung verschieden geformter Ballonhüllen lediglich die automatische Ansteuerung geändert werden. Ein Umrüsten der Vorrichtung von einer Ballonhüllenform auf eine andere kommt bevorzugt ohne einen Austausch oder einer Anpassung eines gegenständlichen Teils der Vorrichtung, z. B. des Schweißkopfs, aus. Bevorzugt ist die Ausgestaltung der Abfolgen von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander ausschließlich durch digital gespeicherte bzw. speicherbare und veränderbare Ballonhüllenform-Daten definiert. Eine Änderung der Abfolge kann vorzugsweise allein durch Änderung der Ballonhüllenform-Daten erfolgen.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung so eingerichtet, dass der Schweißkopf die Folienlagen entlang einer Schweißnaht miteinander verschweißen kann, vorzugsweise durch Kontakt zwischen dem Schweißkopf und einer der Folienlagen und/oder durch Zusammenpressen aller Folienlagen durch den Schweißkopf.
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Mit dem Begriff „Schweißen“ bzw. „Verschweißen“, wird im Rahmen dieser Druckschrift das zumindest nahezu unlösbare Verbinden von Folienlagen unter Anwendung von Wärme und/oder Druck verstanden. Das Verbinden kann mithilfe von Schweißzusatzwerkstoffen erfolgen, vorzugsweise erfolgt es ohne Schweißzusatzwerkstoffe.
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Bevorzugt ist die Form der Schweißnaht durch die Ausgestaltung der Abfolgen von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander definiert.
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Bevorzugt sind die Verlagerungsmittel so ansteuerbar, dass sich der Schweißkopf - insbesondere von dem Bezugssystem Folienlagen aus betrachtet - entlang einer, vorzugsweise zumindest teilweise gekrümmten Bahn relativ zu den Folienlagen bewegt. Bevorzugt verläuft die Bahn parallel zu der Folienebene und definiert weiter bevorzugt die Form der Schweißnaht. Anders ausgedrückt sind die Verlagerungsmittel bevorzugt automatisch so ansteuerbar, dass der Schweißkopf - von dem Bezugssystem Folienlagen aus betrachtet - einer Bahn auf den Folienlagen folgt bzw. diese Bahn abfährt. Die Bahn ist bevorzugt eine virtuelle Bahn, vorzugsweise definiert durch Ballonhüllenform-Daten, die insbesondere digital gespeichert sind. Bevorzugt sind die Form und Lage der Bahn auf den Folienlagen und damit die Form der Ballonhülle durch Veränderung der automatischen Ansteuerung veränderbar bzw. programmierbar. Vorzugsweise ist die Form der Ballonhülle durch die Form und Lage der Bahn auf den Folienlagen bestimmt oder beeinflussbar.
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Wenn die Abfolgen von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander eine Mehrzahl an Hin- und Herbewegungen, insbesondere bewirkt durch eine Hin- und Herverlagerungen des Schweißkopfs, umfassen, dann kann die Vorrichtung eine besonders zuverlässige Herstellung von Ballonhüllen erlauben.
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Vorzugsweise umfassen die Verlagerungsmittel mindestens einen Motor. Der mindestens eine Motor kann z. B. ein Schrittmotor und/oder ein Servomotor sein.
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Vorzugsweise umfassen die Verlagerungsmittel mindestens eine Führung.
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Die Führung kann eine Linearführung, insbesondere eine erste Linearführung, umfassen, z. B. einen zylindrischen Abschnitt des Schweißkopfs und eine Führungsbuchse, beispielsweise zur Führung der Hin- und Herbewegung bzw. Hin- und Herverlagerung des Schweißkopfs.
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Die Führung kann eine Linearführung, insbesondere eine zweite Linearführung, z. B. einen Führungsschlitten, umfassen, beispielsweise zur Führung der parallel zur Folienebene verlaufenden Bewegung bzw. Verlagerung des Schweißkopfs. Der Schweißkopf kann an dem Führungsschlitten angeordnet sein. Die erste Linearführung kann an der zweiten Linearführung angeordnet sein.
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Bevorzugt umfasst die Hin- und Herbewegung eine Folienkontaktphase, in der der Schweißkopf in Kontakt mit einer der Folienlagen ist und bevorzugt eine Presskraft auf die Folienlagen ausübt, die die Folienlagen zusammenpresst und eine Folienfreigabephase, in der der Schweißkopf nicht in Kontakt mit den Folienlagen ist oder in der die von dem Schweißkopf auf die Folienlagen ausgeübte Kraft geringer ist als die Presskraft. Die Folienkontaktphase kann auch als Schweißvorgang bezeichnet werden. Die Hin- und Herbewegung kann, insbesondere in der Folienfreigabephase, von einer weiteren Bewegung von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander, etwa parallel zur Folienebene, überlagert sein und/oder es kann zwischen zwei Hin- und Herbewegungen schrittweise eine Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander, etwa parallel zur Folienebene, erfolgen. Bevorzugt verläuft die Hin- und Herbewegung geradlinig. Vorzugsweise verläuft die Hin- und Herbewegung zumindest nahezu senkrecht zur Folienebene. Bevorzugt ist eine so schnelle Hin- und Herbewegung erzielbar, dass die Summe aus einer Folienkontaktphase und einer Folienfreigabephase kürzer als 2 Sekunden oder 1 Sekunde oder 0,5 Sekunden ist. Bevorzugt ist die Summe aus einer Folienkontaktphase und einer Folienfreigabephase länger als 1/100 Sekunde oder 1/1000 Sekunde oder 1/20000 Sekunde.
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Die Bewegung der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf kann in der Folienkontaktphase eine Bewegung der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf in einer in oder parallel zur Folienebene liegenden Richtung umfassen, der Schweißkopf kann während des Schweißens also auf einer der Folienlagen entlanggleiten oder abrollen. Hierdurch kann eine besonders schnelle Herstellung von Ballonhüllen möglich sein.
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Bevorzugt umfasst die Bewegung der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf in der Folienkontaktphase jedoch ausschließlich die Hin- und Herbewegung oder es findet in der Folienkontaktphase überhaupt keine Bewegung der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf statt. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise eine besonders reproduzierbare und belastbare Schweißnaht herstellbar ist, verglichen mit einer Vorrichtung, bei der der Schweißkopf während des Schweißens auf einer der Folienlagen entlanggleitet oder abrollt. Durch das Vermeiden dieses Entlanggleitens oder Abrollens ist zudem die Gefahr eines hierbei erfolgenden Knitterns oder Beschädigens der Folienlagen vermieden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dennoch akzeptierbare Herstellungszeiten einer Ballonhülle mit der Vorrichtung erzielbar sind, je nach Art und Größe der Ballonhülle vorzugsweise unterhalb von 120 min oder 30 min oder 10 min oder 5 min.
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Bevorzugt umfasst die Ballonhüllenherstellungsvorrichtung eine Folienschweißvorrichtung, die vorzugsweise als Punktschweißvorrichtung ausgebildet ist, zur Herstellung von einander bevorzugt überlappenden Schweißpunkten. Vorzugsweise umfasst die Folienschweißvorrichtung den Schweißkopf. Der Schweißkopf kann stempelartig ausgebildet sein und die Schweißpunkte - bevorzugt überlappend - in die Folienlagen stempeln.
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Wenn die Schweißpunkte einen kreisförmigen Umriss haben, dann kann ohne weitere Maßnahmen auch bei Richtungsänderungen der Relativbewegung des Schweißkopfs zu den Folienlagen eine geichbleibende Nahtdicke erzielbar sein. Die Nahtdicke kann zumindest in etwa dem Durchmesser eines Schweißpunktes entsprechen.
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Bevorzugt weist der Schweißkopf eine Folienkontaktfläche aus. Die Folienkontaktfläche kann bevorzugt auch als Schweißfläche bezeichnet werden. Bevorzugt entspricht die Form und Größe eines Schweißpunktes zumindest weitgehend der Form und Größe der Folienkontaktfläche. Vorzugsweise ist die Folienkontaktfläche eben. Bevorzugt weist die Folienkontaktfläche einen äußeren Umriss auf, den sie zumindest nahezu vollständig ausfüllt. Die Folienkontaktfläche ist also bevorzugt nicht etwa ringförmig und weist weiter bevorzugt keinen inneren Umriss auf. Die Folienkontaktfläche ist bevorzugt kompakt und nicht langgestreckt. Bevorzugt ist das Verhältnis von kleinster Außenabmessung zu größter Außenabmessung größer als 0,3 oder 0,5 oder 0,7. Die größte Außenabmessung der Folienkontaktfläche ist bevorzugt kleiner als 10 cm oder 5 cm oder 1 cm und/oder größer als 1 mm. In einer bevorzugten Ausführungsvariante hat die Schweißfläche einen kreisförmigen Umriss mit einem Durchmesser zwischen 1 mm und 1 cm. Bevorzugt entspricht eine Außenabmessung der Folienkontaktfläche der Schweißnahtdicke.
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Der Schweißkopf kann zylindrisch sein. Die Schweißfläche kann dann eine der beiden Schnittkreisflächen des Zylinders sein.
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Bevorzugt ist der Schweißkopf kegelstumpfförmig und die Schweißfläche ist weiter bevorzugt die Deckfläche des Kegelstumpfs.
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Bevorzugt ist die Ballonhüllenherstellungsvorrichtung so ausgebildet, dass sich die Schweißpunkte zur Herstellung einer Dichtnaht überlappen.
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Die Vorrichtung kann eine Ultraschallschweißvorrichtung sein. Der Schweißkopf kann dann mechanische Schwingungen auf die Folienlagen übertragen und dort Reibungswärme erzeugen.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung keine Ultraschallschweißvorrichtung. Vorzugsweise liegt die höchste Frequenz einer Bewegung der Folienlagen und des Schweißkopfs relativ zueinander unterhalb von 100 Hz oder 10 Hz. Bevorzugt ist der Schweißkopf ein Wärmeleitungsschweißkopf, kann also Wärme durch Wärmeleitung auf die Folienlagen übertragen.
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Bevorzugt weist die Vorrichtung ein Heizelement auf, zur Aufheizung des Schweißkopfs, bevorzugt über die Schmelztemperatur eines Bestandteils der Folienlagen, z. B. auf mehr als 100 Grad Celsius und/oder weniger als 350 Grad Celsius. Die Steuereinrichtung kann eine Regeleinrichtung umfassen, zur Regelung der Schweißkopftemperatur, die mit einem Temperaturfühler des Schweißkopfs zusammenwirken kann.
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Vorzugsweise weisen die Folienlagen eine verschweißbare und eine nicht verschweißbare Seite auf. Dies ermöglicht es, dass, wie bevorzugt, durch die Vorrichtung bei mehr als zwei Folienlagen nicht alle einander zugewandten Seiten der einzelnen Folienlagen bzw. nicht jede Folienlage mit jeder anderen Folienlage verschweißt werden. Bevorzugt sind die Folienlagen bei mehr als zwei Folienlagen so übereinander angeordnet, dass die mindestens eine Zwischenfolienlage gefaltet ist, vorzugsweise mit ihrer verschweißbaren Seite nach außen. Vorzugsweise umfassen die einzelnen Folienlagen jeweils Kunststoff und/oder Metall. Alle Folienlagen können jeweils mehrere vollflächig miteinander verbundene Schichten umfassen. Bevorzugt umfassen alle Folienlagen jeweils zwei Schichten verschiedenen Kunststoffmaterials und/oder eine Metallschicht, z. B. Aluminium. Alle Folienlagen können jeweils eine mittlere Schicht Polyamid umfassen, mit einer äußeren Schicht aus Metall, insbesondere Aluminium und einer gegenüberliegenden äußeren verschweißbaren Schicht, z. B. aus einem thermoplastischen Kunststoff, etwa Polyethylen. Die Metallschicht kann die Gasdichtigkeit erhöhen und die nur einseitige Verschweißbarkeit der Folienlagen verbessern. Bevorzugt sind die Folienlagen nicht oder nur wenig elastisch. Vorzugsweise ist die Bruchdehnung (tensile strain at break) nach ISO 527-1 2019 der einzelnen Folienlagen kleiner als 500 % oder 250 % oder 100 %. Vorzugsweise dehnen sich die einzelnen Folienlagen bei Betriebsdruck der Ballonhülle um weniger als 50 % oder 10 % oder 5 %. Auf diese Weise ist, insbesondere unter Zuhilfenahme einer Metallbeschichtung, eine besonders gute Gasdichtigkeit, z. B. Heliumdichtigkeit, erzielbar. Die Breite einer Folienlage ist ungefaltet vorzugsweise größer als 20cm und kleiner als 5 m oder 2 m. Alle ungefalteten Folienlagen können die gleiche Länge und/oder Breite aufweisen. Alle gefalteten Folienlagen können die gleiche Länge und/oder Breite aufweisen.
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Bevorzugt sind die Verlagerungsmittel zum Verlagern der Folienlagen zum Verlagern einer veränderbaren Anzahl an Folienlagen (mindestens 2 oder mindestens 3, bevorzugt mindestens 4 Folienlagen) eingerichtet, von denen eine veränderbare Anzahl (bevorzugt mindestens 2) gefaltet sein kann. Wenn die Ausführung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander erfolgen, während die Folienlagen nicht verlagert werden, dann sind bevorzugt Folienhaltmittel vorgesehen, zum Halten einer veränderbaren Anzahl an Folienlagen (mindestens 2 oder mindestens 3, bevorzugt mindestens 4 Folienlagen), von denen eine veränderbare Anzahl (bevorzugt mindestens 2) gefaltet sein kann.
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Bevorzugt weist die Steuereinrichtung einen Dateneingang für die Ballonhüllenform-Daten auf. Die Steuereinrichtung ist bevorzugt dazu eingerichtet, die Verlagerungsmittel mittels der Ballonhüllenform-Daten anzusteuern. In der bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Steuereinrichtung eine Datenverarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung der Ballonhüllenform-Daten zu einer Abfolge von Steuerbefehlen für die Verlagerungsmittel eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung kann eine Regeleinrichtung umfassen. Die Steuereinrichtung kann einen Microcontroller umfassen. Die Steuereinrichtung kann eine Physical-Computing-Plattform umfassen, z. B. der eingetragenen Marke Arduino. Bevorzugt umfasst das Ansteuern der Verlagerungsmittel ein Steuern oder Regeln des Vorschubs, also der Strecke der Bewegung von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander zwischen zwei Schweißvorgängen. Weiter bevorzugt umfasst das Ansteuern der Verlagerungsmittel ein Steuern oder Regeln des Anpressdrucks des Schweißkopfs auf die Folienlagen während des Schweißvorgangs. Weiter bevorzugt umfasst das Ansteuern der Verlagerungsmittel ein Steuern oder Regeln der Dauer eines Schweißvorgangs. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Temperatur des Schweißkopfs zu steuern oder zu regeln.
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Bevorzugt umfassen die Verlagerungsmittel zur Verlagerung der Folienlagen eine motorisch angetriebene Vortriebswalze. Die Folienlagen können auf die Vortriebswalze aufrollbar sein. In einer Ausführungsvariante ist an der Vortriebswalze ein Sensor angeordnet, zur Ermittlung der Dicke der auf die Vortriebswalze aufgerollten Folienlagen. Alternativ kann die Vorrichtung eine Gegenwalze umfassen, die mit der Vortriebswalze einen Vortriebswalzenspalt bildet, durch den die Folienlagen ziehbar sein können. In dieser Ausführungsform erfolgt bevorzugt eine Verlagerung des Schweißkopfs in eine parallel zur Folienebene verlaufende Richtung, senkrecht zu der durch die Vortriebswalze bewirkten Verlagerung der Folienlagen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante umfasst die Vorrichtung einen Folieneinzug, mit dessen Hilfe mindestens zwei Folienlagen übereinander anordenbar sind. Bevorzugt umfasst der Folieneinzug zwei einen Einzugswalzenspalt bildende Einzugswalzen. Die Einzugswalzen können motorisch angetrieben sein. Bevorzugt sind die Einzugswalzen nicht angetrieben. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung mindestens eine Folienabrolleinrichtung, zum Abrollen von Folie für eine Folienlage von einer Folienrolle und zur Bereitstellung der Folie für den Folieneinzug. Die Folienrolle kann eine Breite aufweisen, die zwischen 50 cm und 2 m liegen und etwa 1 m betragen kann. Bevorzugt ist die Folienabrolleinrichtung zum Abrollen von Folie von mindestens zwei oder drei oder vier oder fünf oder mehr Folienrollen geeignet.
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Bevorzugt ist Folienabrolleinrichtung und/oder der Folieneinzug so ausgebildet, dass die mindestens zwei übereinander angeordneten Folienlagen so angeordnet sind, dass die Kanten der Folienlagen zumindest weitgehend parallel zueinander und bevorzugt zumindest teilweise deckungsgleich miteinander verlaufen. Vorzugsweise wird dies durch zueinander parallele Ausrichtung und kantengleiche Anordnung der Folienrollenhalter der Folienabrolleinrichtung erzielt.
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Wenn die Vorrichtung - mindestens - zwei Schweißköpfe umfasst, die relativ zueinander bewegbar sind, dann kann die Herstellung der Ballonhülle beschleunigt sein. Zudem können dann die Folienverlagerungsmittel so eingerichtet sein, dass sie die Folienlagen nur in genau eine von zwei Richtungen genau einer der drei Raumrichtungen verlagern, z. B., indem die Vortriebswalze die Folienlagen während der Herstellung der Ballonhülle lediglich aufrollt, aber nicht wieder abrollt. Bevorzugt können die Schweißköpfe unabhängig voneinander oder, insbesondere hinsichtlich der parallel zur Folienebene liegenden Bewegungen, spiegelsymmetrisch zueinander Relativbewegungen zur Folienlagen ausführen. Die beiden Schweißköpfe können jeweils auf einem Führungsschlitten angeordnet sein und die beiden Führungsschlitten können sich eine Führungsschiene teilen.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die Länge der Vorrichtung kürzer als die Länge der mit der Vorrichtung herstellbaren Ballonhüllen. Besonders bevorzugt ist die Länge der mit der Vorrichtung herstellbaren Ballonhüllen, anders als z. B. bei einen Arbeitstisch voraussetzender manuellen Herstellung, durch die Vorrichtung nicht oder nicht starr begrenzt und weiter bevorzugt größer als die Länge der Vorrichtung. Z.B. können mit der Vorrichtung Ballonhüllen von 10 m Länge und größer herstellbar sein. Die maximale Länge kann z. B durch einen maximal tolerierbaren Durchmesser der Vortriebsrolle auf etwa 20 m oder 30 m begrenzt sein, oder durch die maximale Länge von auf Folienrollen erhältlicher Folie. Die Länge der Vorrichtung kann kürzer als 1 oder 1,5 m sein. Der durch die Vorrichtung beanspruchte Platzbedarf kann daher kleiner sein als 1 oder 2 Quadratmeter.
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Durch die Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Vorrichtung kann die Qualität der Schweißnaht der Ballonhülle so hoch sein, dass, etwa verglichen mit einer etwaigen manuellen Herstellung einer Ballonhülle, die Anzahl der übereinander anordenbarer Folienlagen und damit der mögliche Durchmesser der Ballonhülle erhöht sein kann. Z. B. kann die Vorrichtung zur Herstellung einer Ballonhülle aus zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder mehr übereinander angeordneter Folienlagen geeignet sein. Die Anzahl der übereinander angeordneten Folienlagen kann je nach Folienmaterial begrenzt sein, etwa auf weniger als 20 Folienlagen, durch eine ab einer gewissen Anzahl abnehmenden Qualität der Schweißnaht.
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Bevorzugt ist die Vorrichtung zur Herstellung einer Ballonhülle geeignet, die ein Volumen von mehr als 1, 5 oder 10 Kubikmeter aufweist und bevorzugt weniger als 100 Kubikmeter.
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Wenn die Vorrichtung mindestens einen Trennkopf umfasst, dann können mehrere Vorteile erreicht werden. Zum einen kann ein - bevorzugt automatisches - Abtrennen bzw. Abschmelzen der überflüssigen Bereiche der Folienlagen entlang der Schweißnaht erreicht werden. Zudem kann hierdurch ein etwaiges manuelles Abschneiden von an die Schweißnaht außen angrenzender Folienlagenbereiche vereinfacht sein. Bevorzugt weist die Vorrichtung Verlagerungsmittel, zur Verlagerung des Trennkopfs, auf. Die Verlagerungsmittel zur Verlagerung des Trennkopfs sind bevorzugt automatisch ansteuerbar. Bevorzugt sind mittels der Verlagerungsmittel zur Verlagerung des Trennkopfs und/oder der Verlagerungsmittel zur Verlagerung der Folienlagen für verschieden geformte Ballonhüllen verschiedene Abfolgen von Bewegungen des Trennkopfs und der Folienlagen relativ zueinander ausführbar. Besonders bevorzugt erfolgt eine Bewegung der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf in drei Richtungen, die vorzugsweise senkrecht zueinander stehen, also in allen drei Raumrichtungen. Der Trennkopf kann zum Trennen einen klingenförmigen Bereich umfassen. Der Trennkopf kann zum Trennen eine Schneidrolle umfassen. Der Trennkopf kann unbeheizt sein. Vorzugsweise weist der Trennkopf zum Trennen eine Spitze auf. Bevorzugt ist der Trennkopf, vorzugsweise die Spitze, beheizt, besonders bevorzugt auf eine oberhalb der Schmelztemperatur einer Komponente der einzelnen Folienlagen liegenden Temperatur, z. B. auf mehr als 100 Grad Celsius und/oder weniger als 350 Grad Celsius. Der Trennkopf kann dann auch als Schmelz-Trennkopf bezeichnet werden. Der Trennkopf kann z. B. nadelförmig oder kegelförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedem Schweißkopf ein Trennkopf zugeordnet. Die Bewegungen des Trennkopfs (in mindestens zwei, bevorzugt drei Dimensionen) relativ zu den Folienlagen umfassen bevorzugt eine Hin- und Herbewegung des Trennkopfs, insbesondere bewirkt durch eine Hin- und Herverlagerung des Trennkopfs, mit einer Folienkontaktphase bzw. Folientrennphase, in der der Trennkopf in Kontakt mit den Folienlagen ist und einer Folienfreigabephase, in der der Trennkopf nicht in Kontakt mit den Folienlagen ist. Vorzugsweise verläuft die Hin- und Herbewegung des Trennkopfs zumindest nahezu senkrecht zur Folienebene. Die Vorrichtung kann mehrere Trenn-Betriebsmodi aufweisen. In einem Trennbetriebsmodus kann die Bewegung des Trennkopfs relativ zu den Folienlagen in der Folienkontaktphase der Bewegung des Trennkopfs eine Bewegung des Trennkopfs relativ zu den Folienlagen in einer parallel zur Folienebene liegenden Richtung umfassen. Auf diese Weise können Löcher bzw. Schlitze in die Folienlagen geschmolzen werden, die größer sind als der Trennkopf und es kann ein vollständiges Abtrennen bzw. Abschmelzen der überflüssigen Folienlagenbereiche entlang der Schweißnaht erreicht werden, insbesondere dann, wenn lediglich wenige, insbesondere nur zwei, Folienlagen übereinander angeordnet sind. In einem weiteren Trennbetriebsmodus kann die Bewegung des Trennkopfs relativ zu den Folienlagen in der Folienkontaktphase ausschließlich die Hin- und Herbewegung umfassen. Auf diese Weise sind Löcher in die Folienlagen einbringbar, die in etwa so groß sind, wie die der Trennkopf bzw. die Trennkopfspitze. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch, wenn der Trennkopf zum Trennen eine Spitze aufweist, zwar kein vollständiges Abschneiden bzw. Abschmelzen der Folienlagenbereiche außerhalb der Schweißnaht erreicht werden kann, sondern lediglich eine Perforation der Folienlagen. Dieser Trennbetriebsmodus kann daher auch als Perforationsmodus bezeichnet werden. Das Erreichen eines vollständigen Abschneidens bzw. Abschmelzens hat sich bei mehr als zwei Lagen jedoch ohnehin als problematisch herausgestellt und durch die Perforation können insbesondere bei mehr als zwei Folienlagen mehrere Vorteile erreicht werden: Zum einen kann die Perforation so ausgebildet sein, dass sie ein Abreißen der an die Schweißnaht au-ßen angrenzenden Folienlagenbereiche erlaubt. Zum anderen kann sie mehrere Folienlagen bzw. Folienseiten - bei mehr als zwei Folienlagen bevorzugt auch nicht miteinander verschweißten Folienlagen bzw. Folienseiten - miteinander vernadeln bzw. aneinander heften. Hierdurch kann der Weitertransport der Folienlagen also z. B. das Aufrollen auf der Vortriebswalze oder das Ziehen durch einen zwischen der Vortriebswalze und einer weiteren Walze gebildeten Walzenspalt, zuverlässiger werden. Zudem kann hierdurch ein etwaiges manuelles Abschneiden von an die Schweißnaht außen angrenzender Folienlagenbereiche vereinfacht sein, da durch die Aneinanderheftung mit einem Schnitt alle Folienlagen entlang einer gemeinsamen Schneidline schneidbar sein können und ein Verrutschen von Folienlagen bzw. Folienseiten zueinander vermieden ist. Der Trennkopf kann nadelartig ausgebildet sein und die Perforation in die Folienlagen stechen. Die Hin- und Herbewegung des Trennkopfs relativ zu den Folienlagen kann mit derselben Frequenz erfolgen, wie die Hin- und Herbewegung des Schneidkopfs relativ zu den Folienlagen und sie kann parallel, gegenläufig bzw. phasenverschoben zu dieser erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Ballonhülle weist folgende Verfahrensschritten auf:
- - Erstellen von Ballonhüllenform-Daten,
- - Anordnen von mindestens zwei Folienlagen übereinander,
- - Verschweißen von mindestens zwei Folienlagen miteinander mittels mindestens einem Schweißkopf, bevorzugt mittels mindestens zwei Schweißköpfen, durch automatisches - insbesondere motorisches - Ausführen einer Abfolge von Bewegungen des mindestens einen Schweißkopfs und der Folienlagen relativ zueinander mit Hilfe der Ballonhüllenform-Daten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Ballonhülle erfolgt bevorzugt mit einer Ballonhüllenherstellungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Ausführen der Abfolge von Bewegungen so, dass der Schweißkopf - von dem Bezugssystem Folienlagen aus betrachtet - einer Bahn auf den Folienlagen folgt, die zumindest teilweise gekrümmt sein kann. Die Bahn ist bevorzugt eine virtuelle Bahn und wird weiter bevorzugt durch Ballonhüllenform-Daten vorbestimmt, die weiter bevorzugt aus einem digitalen Speicher abgerufen werden.
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Bevorzugt erfolgt das Bewegen von Folienlagen und Schweißkopf relativ zueinander in mindestens einer, bevorzugt zwei parallel zur Folienebene liegenden Richtung und weiter bevorzugt in einer zumindest nahezu senkrecht zu Folienebene ausgerichteten Richtung. Die zumindest nahezu senkrecht zur Folienebene ausgerichteten Richtung ist bevorzugt eine Hin- und Her-Bewegung. Bevorzugt wird der Schweißkopf durch die zumindest nahezu senkrecht zur Folienebene ausgerichteten Richtung in Kontakt und außer Kontakt mit einer der Folienlagen gebracht. Die Folienlagen werden vorzugsweise durch das Inkontaktbringen genau einer der Folienlagen mit dem Schweißkopf verschweißt, bevorzugt punktweise. Bevorzugt werden nacheinander Punkte geschweißt, die einander bevorzugt überlappen. Vorzugsweise werden die Folienlagen und der Schweißkopf relativ zueinander während des Verschweißens, also insbesondere während der Kontaktphase des Schweißkopfs mit einer der Folienlagen, nicht in einer parallel zur Folienebene liegenden Richtung bewegt.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt eine Verlagerung der Folienlagen relativ zu dem Gestell nur in genau einer von zwei Richtungen genau einer der drei Raumrichtungen.
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Bevorzugt erfolgt das Erstellen der Ballonhüllenform-Daten unter Zuhilfenahme einer Eingabemaske, z. B. einer Excel-Tabelle, in die Parameter der gewünschten Ballonhüllenform wie z. B. Länge, größten Durchmesser, Volumen und/oder Anzahl Folienlagen eingegeben werden. Die Eingabemaske kann mit einem Algorithmus zusammenwirken. Dem Algorithmus kann zumindest auch ein zeppelinförmiges, aerodynamisches Profil hinterlegt sein. Bevorzugt wird aus den in die Eingabemaske eingegebenen Daten ein maschinenlesbarer Code, z. B. GCode, erstellt, beispielsweise in einer Spalte der Excel-Tabelle. Bevorzugt wird der maschinenlesbare Code anschließend in eine Textdatei, die die Dateiendung .txt haben kann, kopiert. Vorzugsweise erfolgt daraufhin eine insbesondere manuelle Ergänzung des maschinenlesbaren Codes um für die Qualität der Schweißnaht relevante Verfahrens-Parameter. Diese Verfahrens-Parameter können z. B. die Schrittlänge, also die Bewegungsstrecke der Folienlagen relativ zu dem Schweißkopf zwischen zwei Schweißpunkten, und/oder die Temperatur des Schweißkopfs und/oder den Anpressdruck des Schweißkopfs auf die Folienlagen während des Schweißvorgangs umfassen. Die manuelle Ergänzung kann eine Anpassung des Codes an die Folienlagen, insbesondere die Siegeltemperatur der Folienlagen und/oder die Anzahl der übereinander angeordneten Folienlagen umfassen.
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Die für die Qualität der Schweißnaht relevanten Verfahrens-Parameter können zuvor experimentell durch das Herstellen von Test-Schweißnähten mittels der Ballonhüllenherstellungsvorrichtung und der konkreten Folienlagen mit der jeweiligen Folienlagenanzahl und deren Überprüfung ermittelt werden.
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Bevorzugt wird der Code daraufhin an die Steuereinrichtung weitergeleitet, z. B. über den Daten-Eingang der Vorrichtung, etwa mittels digitalem Speichermedium, wie z. B. einer SD-Speicherkarte. Vorzugsweise wird dieser Code dann von der Steuereinrichtung zu Steuerbefehlen für die Motoren der Verlagerungsmittel zur Verlagerung des Schweißkopfs und/oder des Trennkopfs und/oder der Folienlagen verarbeitet, die die gewünschte Abfolge an Bewegungen der Folienlagen und des Schweißkopfs relativ zueinander und gegebenenfalls der Folienlagen und des Trennkopfs zueinander bewirken.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens repräsentieren die Ballonhüllenform-Daten eine Abwicklung oder ein Segment der Abwicklung der gewünschten Form der Ballonhülle. Bevorzugt entspricht die Bahn der Kontur der Abwicklung oder eines Segments der Abwicklung. Mit dem Begriff „Abwicklung“ wird im Rahmen dieser Druckschrift insbesondere die Ausbreitung der Oberfläche der Ballonhülle in eine Ebene verstanden, z. B. so, dass Längen (gemessen auf der Originalfläche) erhalten bleiben. Bei Ballonhüllenformen mit streng genommen nicht abwickelbarer Oberfläche, etwa einer Kugel oder Zeppelinform, ist mit „Abwicklung“ insbesondere die Annäherung an eine korrekte Abwicklung gemeint.
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Bevorzugt wird bei der Erstellung der Ballonhüllenform-Daten die Anzahl an übereinander angeordneten Lagen berücksichtigt.
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Bevorzugt wird der Schweißkopf, vorzugsweise mittels eines Heizelements aufgeheizt, bevorzugt über die Schmelztemperatur eines Bestandteils der einzelnen Folienlagen. Vorzugsweise überträgt der Schweißkopf Wärme durch Wärmeleitung auf die Folienlagen.
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In der bevorzugten Ausführungsvariante werden vor dem Verschweißen Folienlagen übereinander angeordnet, die zuvor mit ihrer verschweißbaren Seite nach au-ßen gefaltet wurden. Vorzugsweise wird bei Verwendung von mehr als zwei Lagen die mindestens eine Folienzwischenlage vor dem Schweißen mittig gefaltet. Bevorzugt liegen die Folien der Folienlagen an dem Folieneinzug in zwei Varianten vor. Mindestens eine Folie in voller Breite, ungefaltet und bevorzugt mindestens eine weitere Folie in der Mitte gefaltet, mit der verschweißbaren Seite außen. Bevorzugt werden durch den Folieneinzug alle Folien in Lagen passend übereinander angeordnet. Bevorzugt wickelt die Vortriebsrolle die Folienlagen am Ende der Vorrichtung auf und führt die Folienlagen dadurch unter den Schweißköpfen hindurch. Die Schweißköpfe werden bevorzugt durch eine Steuereinrichtung umfassend einen Microcontroller gesteuert, vorzugsweise derart, dass sie im Zusammenspiel mit der Vortriebsrolle auf die Folienlagen herabgepresst werden. Vorzugsweise schweißen die Schweißköpfe dabei bei definierter Temperatur und/oder für eine definierte Zeitspanne und/oder bei definiertem Anpressdruck alle zu verschweißenden Folienlagen gleichzeitig zusammen. Da sich vorzugsweise jeweils nicht verschweißbare Seiten der Folienlagen gegenüberliegen, kann sich die spätere Ballonhülle entfalten, insbesondere rotationssymmetrisch. Um die Herstellungszeit zu reduzieren, verfügt die Vorrichtung bevorzugt über insgesamt zwei Schweißköpfe und/oder insgesamt zwei Trennköpfe. In der bevorzugten Ausführungsvariante verschweißen die Schweißköpfe bzw. die Trennköpfe jeweils rechts und links die Kontur der Abwicklung oder eines Segments einer Abwicklung der Ballonhülle. Bevorzugt trennen die Trennköpfe diese Kontur gleichzeitig von überschüssigen Folienlagenbereichen ab oder bereiten die manuelle Abtrennung vor. Die Kontur der Abwicklung oder eines Segments der Abwicklung wird bevorzugt über eine maschinenlesbare Textdatei kodiert. Vorzugsweise ist die Vorrichtung damit nicht auf eine Ballonhüllenform beschränkt, sondern kann beliebige, insbesondere rotationssymmetrische, Ballonhüllenformen herstellen, bevorzugt in nahezu beliebiger Stückzahl. Bevorzugt erlaubt die hohe Qualität auch mehrerer übereinander liegender Schweißnähte eine Vielzahl, z. B. vier oder fünf oder sechs oder mehr, gefaltete Folienlagen zu verwenden. Vorzugsweise sind hierdurch Durchmesser der Ballonhüllen erzielbar, die mehr als doppelt oder mehr als dreimal so groß sind, wie die Breite der Folienlagen, aus denen sie hergestellt sind. Bevorzugt ist die Vorrichtung, vorzugsweise durch das Aufwickeln der fertigen Ballonhülle, auch in der Länge der mit ihr herstellbaren Ballonhülle nahezu nicht begrenzt. Bevorzugt ist die automatisierte Fertigung von Ballonhüllen in nahezu beliebiger Größe möglich.
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Die erfindungsgemäße Ballonhülle, die mit einem Verfahren nach Anspruch 10 herstellbar ist, weist eine Schweißnaht auf. Die Schweißnaht weist zumindest abschnittsweise eine Strukturierung auf. Die Strukturierung kann durch das nacheinander erfolgte Aufbringen von einzelnen, einander bevorzugt überlappenden Schweißpunkten hervorgerufen sein. Die Strukturierung kann in Abhängigkeit des Winkels, den die Naht zu einer etwaigen Verlagerungsrichtung der Folienlagen einnimmt, unterschiedlich intensiv und/oder geformt ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Strukturierung mit bloßem Auge erkennbar. Bevorzugt weist die Naht über mehr als 10 % ihrer Gesamtlänge eine mit bloßem Auge erkennbare Strukturierung auf. Vorzugsweise umfasst die Strukturierung Linien. Die Linien sind bevorzugt in mindestens eine Folienlage eingeprägt und weiter bevorzugt gekrümmt. In der bevorzugten Ausführungsvariante bilden die Linien ein sich wiederholendes Muster.
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Die Schweißnaht weist bevorzugt mehrfach erhitzte Bereiche auf. Bevorzugt umfasst die Schweißnaht überlappende Schweißpunkte oder ist hieraus gebildet.
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Die Strukturierung kann schuppig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Schweißnaht zumindest teilweise schuppig strukturiert, hervorgerufen durch die einander überlappenden Schweißpunkte.
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Bevorzugt sind auf der Schweißnaht eine Vielzahl an Abdrücken des Schweißkopfs mit bloßem Auge erkennbar, die weiter bevorzugt überlappend und/oder schuppenartig angeordnet sind. Durch die im Überlappungsbereich der Schweißpunkte erfolgte mehrfache Erhitzung kann eine besondere Festigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Schweißnaht erzielbar sein. Die Strecke, mit der die Schweißpunkte überlappen, kann kleiner sein als der Radius der Schweißpunkte, so dass sich im Überlappungsbereich der Naht zwei Schweißpunkte überlappen. In der Naht können sich dann Überlappungsbereiche mit Bereichen abwechseln, in denen der jeweilige Schweißpunkt nicht überlappt ist. Bevorzugt ist die Strecke, mit der die Schweißpunkte überlappen, größer als der Radius der Schweißpunkte, so dass sich im Überlappungsbereich mehr als zwei Schweißpunkte, z. B drei oder vier oder fünf Schweißpunkte überlappen. Der Überlappungsbereich kann sich dann zumindest im Wesentlichen über die gesamte Naht erstrecken.
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Bevorzugt steht die Schweißnaht nach außen ab. Die Ballonhülle kann auch auf links gezogen sein und die Schweißnaht dann zumindest teilweise nach innen abstehen.
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Vorzugsweise weist die Ballonhülle genau zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Folienlagen auf. Es können auch mehr als acht Folienlagen vorgesehen sein.
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Bevorzugt weist die Ballonhülle genau eine, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Schweißnähte auf. Es können auch mehr als acht Schweißnähte vorgesehen sein.
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Die Ballonhülle ist bevorzugt dazu eingerichtet, mit einem Gas gefüllt zu werden, das leichter als Luft ist, insbesondere Helium.
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Alle im Rahmen dieser Druckschrift beschriebenen Merkmale können mit der beanspruchten Ballonhüllenherstellungsvorrichtung, dem beanspruchten Verfahren und der beanspruchten Ballonhülle kombinierbar sein.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren eingehend erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitendarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ballonhüllenherstellungsvorrichtung,
- 2 ein Detail aus 1,
- 3 eine Querschnittsdarstellung übereinander angeordneter Folienlagen,
- 4 bis 6 eine Querschnittsdarstellung einer Ballonhülle während eines Füllvorgangs mit Gas,
- 7 bis 9 der Schweißkopf der in 1 gezeigten Vorrichtung in verschiedenen Ansichten,
- 10 bis 12 der Trennkopf der in 1 gezeigten Vorrichtung in verschiedenen Ansichten,
- 13 ein Ausschnitt aus einer beispielhaften Textdatei,
- 14 eine Seitendarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Ballonhüllenherstellungsvorrichtung,
- 15 eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer mit einer erfindungsgemäßen Ballonhüllenherstellungsvorrichtung hergestellten Ballonhülle,
- 16 eine Seitendarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer mit einer erfindungsgemäßen Ballonhüllenherstellungsvorrichtung hergestellten Ballonhülle,
- 17 übereinander angeordnete Folienlagen und Bahn des SchweißKopfs,
- 18 ein Detail aus 15 und 16,
- 19 ein Detail aus 15.
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Das in 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel der plotterartigen Ballonhüllenherstellungsvorrichtung 100 ist zur automatisierten Herstellung einer Ballonhülle 1 aus mindestens zwei übereinander angeordneten Folienlagen 2 geeignet. Die Vorrichtung 100 weist zwei Schweißköpfe 3 auf, von denen in den Figuren nur einer dargestellt ist und im Folgenden nur einer beschrieben wird. Die Vorrichtung weist zudem automatisch ansteuerbare Verlagerungsmittel 4 auf, zur Verlagerung des Schweißkopfs 3 und der Folienlagen 2. Die Vorrichtung 100 weist zudem eine Steuereinrichtung 5 auf, zur Ansteuerung der Verlagerungsmittel 4 derart, dass mittels der Verlagerungsmittel 4 verschiedene Abfolgen von Bewegungen der Folienlagen 2 und des Schweißkopfs 3 relativ zueinander, zur Herstellung verschieden geformter Ballonhüllen 1, ausführbar sind. Die Ansteuerung der Verlagerungsmittel 4 durch die Steuereinrichtung 5 ist in 1 durch von der Steuereinrichtung 5 ausgehende gestrichelte Linien symbolisiert.
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Wie etwa aus 1 und 3 hervorgeht, ist die Vorrichtung 100 zur automatisierten Herstellung einer Ballonhülle 1 aus mehr als fünf übereinander angeordneten Folienlagen 2 geeignet. 3 zeigt zudem das Konzept der übereinander angeordneten Folienlagen 2 mit Basisfolienlage 25, obere Folienlage 24 und einer nahezu beliebigen Anzahl an jeweils mit verschweißbarer Seite nach außen gefalteten Zwischenfolienlagen 26.
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Die Ausführung der Abfolge von Bewegungen von Folienlagen 2 und Schweißkopf 3 relativ zueinander erfolgt durch Verlagern der Folienlagen 2 und des Schweißkopfs 3. Hierbei erfolgt eine Hin- und Herverlagerung des Schweißkopfs 3 in eine senkrecht zur Folienebene 21 verlaufende Richtung R1 mit dem Motor M1 der Verlagerungsmittel 4 und in eine parallel zur Folienebene 21 verlaufende Richtung R2 mit dem Motor M2 der Verlagerungsmittel 4. Zudem erfolgt hierbei eine Verlagerung der Folienlagen 2 in eine weitere parallel zur Folienebene 21 verlaufende Richtung R3 mit dem Motor M3 der Verlagerungsmittel 4, genauer gesagt mit dem Antriebsmotor M3 der Vortriebswalze 8.
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Die Führung der Verlagerungsmittel 4 umfasst eine erste Linearführung L1, nämlich einen im Einzelnen nicht dargestellten zylindrischen Abschnitt des Schweißkopfs 3 und eine nur angedeutete Führungsbuchse, zur Führung der Hin- und Herverlagerung des Schweißkopfs 3 in der senkrecht zur Folienebene 21 verlaufenden Richtung R1 (2). Die Führung der Verlagerungsmittel 4 umfasst zudem eine zweite Linearführung L2, nämlich einen in 1 und 2 nur angedeuteten, an dem Gestell G angeordneten Führungsschlitten, zur Führung der in Richtung R2 parallel zur Folienebene 21 verlaufenden Verlagerung des Schweißkopfs 3. Der Schweißkopf 3 ist an dem Führungsschlitten angeordnet und die erste Linearführung L1 ist an der zweiten Linearführung L2 angeordnet.
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Die Form der Ballonhülle 1 ist mit Hilfe der Vorgabe einer Abfolge von Bewegungen von Folienlagen 2 und Schweißkopf 3 relativ zueinander frei bestimmbar. So sind die in 15 und 16 gezeigten verschieden geformten Ballonhüllen 1 durch dieselbe Vorrichtung 100 herstellbar, mit Hilfe der Vorgabe unterschiedlicher Ballonhüllenform-Daten D und Bereitstellung einer verschiedenen Anzahl an Folienlagen 2.
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Die Vorrichtung 100 ist so eingerichtet, dass der Schweißkopf 3 die Folienlagen 2 entlang einer Schweißnaht 19 durch Kontakt zwischen dem Schweißkopf 3 und einer der Folienlagen 2 und durch Zusammenpressen aller Folienlagen 2 durch den Schweißkopf 3 miteinander verschweißt.
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Die Verlagerungsmittel 4 sind mittels der Steuereinrichtung 5 so ansteuerbar, dass sich der Schweißkopf 3 entlang einer zumindest teilweise gekrümmten Bahn H relativ zu den Folienlagen 2 bewegt (siehe 17), die parallel zu der Folienebene 21 verläuft und die Form der Schweißnaht 19 definiert.
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Die Abfolgen von Bewegungen der Folienlagen 2 und des Schweißkopfs 3 relativ zueinander umfasst Hin- und Herbewegungen B, bewirkt durch Hin- und Herverlagerungen des Schweißkopfs 3. Die Ballonhüllenherstellungsvorrichtung 100 umfasst eine Folienschweißvorrichtung 30, die als Punktschweißvorrichtung 31 ausgebildet ist, zur Herstellung von einander überlappenden Schweißpunkten 18 (siehe 1 und 18).
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Der Schweißkopf 3 ist, wie die 7 bis 9 zeigen, stempelartig ausgebildet und dazu eingerichtet, die kreisförmigen Schweißpunkte 18 überlappend in die Folienlagen 2 zu stempeln. Die 7 bis 9 zeigen auch, dass der Schweißkopf 3 kegelstumpfförmig ist und die Schweißfläche 27 die Deckfläche des Kegelstumpfs ist.
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Die Vorrichtung weist ein in den Zeichnungen nicht gezeigtes Heizelement auf, zur Aufheizung des Schweißkopfs 3 und des Trennkopfs 17. Es ist eine ebenfalls nicht gezeigte Regeleinrichtung vorgesehen, zur Regelung der Schweißkopftemperatur. Die 7 bis 12 zeigen auch, dass Schweißkopf 3 und Trennkopf 17 jeweils eine Bohrung 22 aufweisen, zur Aufnahme eines in den Zeichnungen nicht dargestellten Temperaturfühlers der Regeleinrichtung.
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Die Folienlagen 2 weisen jeweils eine verschweißbare und eine nicht verschweißbare Seite auf.
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Die Steuereinrichtung 5 weist einen Dateneingang 6 auf, für die in 13 gezeigten Ballonhüllenform-Daten D. Die Steuereinrichtung 5 ist dazu eingerichtet, die Verlagerungsmittel 4 mittels der Ballonhüllenform-Daten D anzusteuern. Die Steuereinrichtung 5 umfasst eine Datenverarbeitungseinrichtung 7, die zur Verarbeitung der Ballonhüllenform-Daten D zu einer Abfolge von Steuerbefehlen für die Verlagerungsmittel 4 eingerichtet ist.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Folienlagen 2 auf die Vortriebswalze 8 aufrollbar. Es erfolgt eine Verlagerung des Schweißkopfs 3 in eine parallel zur Folienebene 21 verlaufende Richtung R2, senkrecht zu der Richtung R3 der durch die Vortriebswalze 8 bewirkten Verlagerung der Folienlagen 2.
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Wie ebenfalls 1 zeigt, umfasst die Vorrichtung einen Folieneinzug 11, mit dessen Hilfe mindestens zwei Folienlagen 2 übereinander anordenbar sind. Der Folieneinzug 11 umfasst zwei einen Einzugswalzenspalt 12 bildende, nicht angetriebene Einzugswalzen 13, 14. Die Vorrichtung 100 umfasst mindestens eine Folienabrolleinrichtung 15, zum Abrollen von mehreren Folien 29 von mehreren Folienrollen 16, und zur Bereitstellung der Folien 29 für den Folieneinzug 11 und für die Folienlagen 2.
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Die Länge LB der mit der Vorrichtung 100 herstellbaren Ballonhüllen 1 ist größer als die Länge LV der Vorrichtung 100 (14).
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Die Vorrichtung 100 umfasst zwei Trennköpfe 17, von denen in den Zeichnungen nur einer gezeigt und im Folgenden beschrieben ist.
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Der Trennkopf 17 weist eine beheizte Spitze 28 auf. Die Bewegungen des Trennkopfs 17 relativ zu den Folienlagen 2 umfassen eine zumindest nahezu senkrecht zur Folienebene 21 verlaufende Hin- und Herbewegung B, hervorgerufen durch Hin- und Herverlagerung des Trennkopfs 17, bewirkt durch den Motor M4 der Verlagerungsmittel 4. In Richtung R2, parallel zur Folienebene 21, wird der Trennkopf 17, wie der Schweißkopf 3, mittels des Motors M2 und der zweiten Linearführung L2 verlagert.
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Das in 14 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 100 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die Vorrichtung 100 eine Gegenwalze 9 umfasst, die mit der Vortriebswalze 8 einen Vortriebswalzenspalt 10 bildet. Die Folienlagen 2 sind hier durch diesen Walzenspalt ziehbar.
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Insbesondere aus den 1 und 13 geht auch ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer Ballonhülle 1 hervor, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst:
- - Erstellen von Ballonhüllenform-Daten D, beispielhaft gezeigt in 13,
- - Anordnen von mindestens zwei Folienlagen 2 übereinander, beispielhaft gezeigt in 1
- - Verschweißen von mindestens zwei Folienlagen 2 miteinander mittels mindestens einem Schweißkopf 3, bevorzugt mittels mindestens zwei Schweißköpfen 3, durch automatisches - insbesondere motorisches - Ausführen einer Abfolge von Bewegungen des mindestens einen Schweißkopfs 3 und der Folienlagen 2 relativ zueinander mit Hilfe der Ballonhüllenform-Daten D beispielhaft gezeigt erneut in 1.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Verfahren mit einer Ballonhüllenherstellungsvorrichtung 100 mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Ausführen der Abfolge von Bewegungen zudem so, dass der Schweißkopf 3 von dem Bezugssystem Folienlagen 2 aus betrachtet - einer Bahn H auf den Folienlagen 2 folgt, die zumindest teilweise gekrümmt sein ist. Die Bahn H ist eine durch die Ballonhüllenform-Daten D vorbestimmte bzw. definierte virtuelle Bahn H.
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Es werden nacheinander Schweißunkte 18 geschweißt, die einander überlappen. Während dieses Verschweißens werden die Folienlagen 2 und der Schweißkopf relativ zueinander nicht in einer parallel zur Folienebene 21 liegenden Richtung R2, R3 bewegt.
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Eine Verlagerung der Folienlagen 2 relativ zu dem Gestell G erfolgt nur in genau einer Richtung R3 genau einer der drei Raumrichtungen x, y, z (siehe 14).
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Das Erstellen der Ballonhüllenform-Daten D erfolgt im gezeigten Ausführungsbeispiel unter Zuhilfenahme einer Eingabemaske. Aus den dort eingegebenen Daten wird ein maschinenlesbarer Code, nämlich GCode, erstellt und in eine Textdatei, kopiert, die daraufhin manuell ergänzt wird, siehe 13.
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Die Ballonhüllenform-Daten D in Form dieses Codes werden daraufhin an die Steuereinrichtung 5 weitergeleitet, z. B. über den Daten-Eingang 6, etwa mittels SD-Speicherkarte. Dieser Code wird dann von der Steuereinrichtung 5 zu Steuerbefehlen für die Motoren M1, M2, M3, M4 der Verlagerungsmittel 4 zur Verlagerung des Schweißkopfs 3 und des Trennkopfs 17 und der Folienlagen 2 verarbeitet, die die gewünschte Abfolge an Bewegungen der Folienlagen 2 und des Schweißkopfs 3 relativ zueinander und der Folienlagen 2 und des Trennkopfs 17 zueinander bewirken.
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Bei der Erstellung der Ballonhüllenform-Daten D wird die Anzahl an übereinander angeordneten Folienlagen 2 berücksichtigt.
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4 zeigt einen Querschnitt durch eine aus sechs übereinander angeordneten Folienlagen 2 hergestellte Ballonhülle 1, wie sie die Vorrichtung 100 verlässt. Die 5 und 6 zeigen den Füllvorgang dieser Ballonhülle 1 mit Gas und das voneinander Separieren der nicht verschweißbaren Seiten der einzelnen Folienlagen 2, bis die Ballonhülle 1 in 6 ihr maximales Volumen einnimmt. Die nach außen abstehenden Schweißnähte 19 sind in den 4 bis 6 dabei der einfachen Darstellbarkeit halber als Punkte gezeichnet.
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Zwei unterschiedlich geformte Ausführungsbeispiele einer mindestens eine Schweißnaht 19 aufweisenden Ballonhülle 1, die mit einem Verfahren nach Anspruch 10 herstellbar ist, zeigen unter anderem die 15 und 16.
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Die in durchgezogenen Linien in 15 gezeigte Ballonhülle 1 hat die Form eines weitgehend rotationssymmetrischen Luftschiffs und ist aus drei oder vier übereinander angeordneten Folienlagen 2 hergestellt. In gestrichelten Linien sind etwaiges Leitwerk und Motorgondel angedeutet.
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Die in 16 gezeigte Ballonhülle 1 hat die Form eines flachen Partyballons und ist aus zwei übereinander angeordneten Folienlagen 2 hergestellt. Die zugehörige Bahn H, der der Schweißkopf 3 bei der Herstellung gefolgt ist, zeigt 17.
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Wie 18 zeigt, weist die Schweißnaht 19 beider in 15 und 16 gezeigter Ausführungsbeispiele der Ballonhüllen 1 zumindest abschnittsweise eine Strukturierung 20 auf. Die schuppig ausgebildete Strukturierung 20 ist mit bloßem Auge erkennbar und durch das nacheinander erfolgte Aufbringen von einzelnen, einander überlappenden Schweißpunkten 18 hervorgerufen.
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Die Strecke, mit der die Schweißpunkte 18 einander überlappen, ist größer als der Radius der Schweißpunkte, so dass sich im Überlappungsbereich mehr als zwei Schweißpunkte 18 überlappen und sich der Überlappungsbereich zumindest im Wesentlichen über die gesamte Naht 19 erstreckt.
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Wie 19 zeigt, steht die Schweißnaht 19 nach außen ab. Die Ballonhülle 1 ist dazu eingerichtet, mit Helium gefüllt zu werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ballonhüllenherstellungsvorrichtung
- 1
- Ballonhülle
- 2
- Folienlage
- 3
- Schweißkopf
- 4
- Verlagerungsmittel
- 5
- Steuereinrichtung
- 6
- Dateneingang
- 7
- Datenverarbeitungseinrichtung
- 8
- Vortriebswalze
- 9
- Gegenwalze
- 10
- Vortriebswalzenspalt
- 11
- Folieneinzug
- 12
- Einzugswalzenspalt
- 13
- Einzugswalze
- 14
- Einzugswalze
- 15
- Folienabrolleinrichtung
- 16
- Folienrolle
- 17
- Trennkopf
- 18
- Schweißpunkte
- 19
- Schweißnaht
- 20
- Strukturierung
- 21
- Folienebene
- 22
- Bohrung
- 23
- -
- 24
- obere Folienlage
- 25
- Basisfolienlage
- 26
- gefaltete Zwischenfolienlagen
- 27
- Schweißfläche
- 28
- Spitze
- 29
- Folie
- 30
- Folienschweißvorrichtung
- 31
- Punktschweißvorrichtung
- B
- Hin- und Herbewegung
- D
- Ballonhüllenform-Daten
- G
- Gestell
- H
- Bahn
- LB
- Länge der Ballonhülle
- LV
- Länge der Vorrichtung
- L1
- erste Linearführung
- L2
- zweite Linearführung
- R1, R2, R3
- Richtungen
- M1, M2, M3, M4
- Motoren
- x, y, z
- Raumrichtungen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202018104836 U1 [0002]
