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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten eines Schichtelementes, wobei das Schichtelement wenigstens einen Grundkörper mit einer Unterseite und einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite, eine für sichtbares Licht zumindest teiltransparent Deckschicht und wenigstens eine Haftschicht aufweist, die zwischen der Deckschicht und der Oberseite angeordnet ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
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Ein Schichtelement im Sinne der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein Solarmodul, das die genannten Schichten aufweist. Andere Bauteile und Element, die die genannten Schichten aufweisen, sind ebenfalls unter dem Begriff Schichtelement zu verstehen. Solarmodule der oben genannten Art werden in wachsender Zahl verwendet, um aus Sonnenlicht elektrischen Strom zu erzeugen. Diese Solarmodule können beispielsweise in kleiner Zahl auf privaten Dächern, beispielsweise auf Wohngebäuden, platziert werden, um den Strombedarf des Hauses, auf dem die Solarmodule montiert sind, zumindest teilweise zu decken. Eine derartige dezentrale Energieversorgung wird in wachsender Anzahl benutzt, auch um beispielsweise Elektro-Fahrzeuge dezentral laden zu können. Solarmodule der oben genannten Art werden jedoch auch in großen Anlagen auf ansonsten landwirtschaftlich genutzten Flächen verwendet, um gewerblich elektrischen Strom zu erzeugen und diesen in das öffentliche Stromnetz einzuspeisen.
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Nachteilig ist, dass die Solarmodule nur eine begrenzte Lebensdauer aufweisen. Bei der Herstellung der Solarmodule werden teure Rohstoffe verwendet. Die Leiterbahnen werden beispielsweise in einer großen Anzahl von Modulen aus Silber hergestellt. Allein aus diesem Grund werden im Stand der Technik Verfahren beschrieben, mit denen diese Rohstoffe recycelt und der Wiederverwertung zugänglich gemacht werden können. Für Solarmodule, bei denen Metallkomponenten auf einem Glassubstrat angeordnet sind, wird beispielsweise in der
JP 2014/054593 A ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem diese Komponenten mechanisch entfernt werden. Für Solarmodule, die ein Silizium-Substrat aufweisen, wird in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2021 129 301 ein Verfahren beschrieben, bei dem die Haftschicht, die zwischen der Deckschicht und den Leiterbahnen angeordnet ist, erwärmt wird, um die Deckschicht vom Rest des Solarmoduls entfernen zu können.
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Nachteilig ist, dass auch dieses Verfahren nicht für alle Solarmodule mit einem Silizium-Grundkörper anwendbar ist. Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu verbessern, dass es für einen breiteren Bereich an unterschiedlichen Solarmodulen einsetzbar ist.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das sich dadurch auszeichnet, dass bei dem Verfahren die Haftschicht auf eine Haftschichttemperatur erwärmt und die Unterseite des Grundkörpers auf eine Unterseitentemperatur gekühlt wird. Durch die Erwärmung der Haftschicht ist es möglich, die Deckschicht vom Rest des Schichtelementes zu entfernen. Die Deckschicht ist vorzugsweise eine Glasschicht die für sichtbares Licht besonders bevorzugt vollständig transparent ausgebildet ist. Durch die Erwärmung der Haftschicht nimmt die Haftkraft der Haftschicht ab und die Deckschicht kann entfernt werden. Die in die Haftschicht eingebrachte Wärme bereitet sich innerhalb des Schichtelementes aus und erwärmt nach und nach auch andere Schichten und Elemente des Schichtelementes. Oftmals ist an der Unterseite des Grundkörpers eine Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyvinylfluorid (PVF) angeordnet. Das Material dieser Kunststoffschicht ist in der Regel weniger hitzebeständige als der Grundkörper, die Deckschicht und insbesondere als die Haftschicht. Durch die zum Erwärmen der Haftschicht eingebrachte Wärme wird auch die Kunststoffschicht erwärmt und kann zersetzt werden, wobei schädliche und gesundheitsgefährdende Gase freigesetzt werden können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch verhindert, dass die Unterseite des Grundkörpers auf eine Unterseitentemperatur gekühlt wird.
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Das Verarbeiten eines Schichtelementes beinhaltet im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise, dass das Schichtelement zumindest teilweise zerlegt wird. Dies geschieht in einer bevorzugten Ausgestaltung dadurch, dass die Deckschicht ganz oder teilweise von dem Grundkörper entfernt wird. Dies geschieht bevorzugt, ohne dass die Deckschicht dabei beschädigt oder zerstört wird. Dies ist jedoch nicht zwangsläufig der Fall. Auch wenn die Deckschicht bei dem vollständigen oder teilweisen Entfernen von dem Grundkörper und/oder vor dem vollständigen oder teilweisen Entfernen von dem Grundkörper beschädigt oder zerstört wird, ist das ein „Verarbeiten“ im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Dies bedeutet nicht, dass während des Verfahrens die Unterseite auf eine Temperatur abgekühlt wird, die beispielsweise unterhalb von Raumtemperatur liegt. Die Unterseite des Grundkörpers des Schichtelements hat vor Beginn des Verfahrens eine Temperatur, die deutlich unter der Unterseitentemperatur liegt, die im Verfahren angestrebt wird. Gemeint ist lediglich, dass Wärme von der Unterseite des Grundkörpers abgeführt wird, um die Unterseitentemperatur zu erreichen und vorzugsweise zu halten. Die Unterseitentemperatur ist geringer als die Haftschichttemperatur.
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Um die Unterseite des Grundkörpers auf eine Unterseitentemperatur zu kühlen, ist eine Kühleinrichtung vorhanden, durch die Wärme von der Unterseite des Grundkörpers abgeführt wird.
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Eine Schwierigkeit, die durch das erfindungsgemäße Verfahren behoben wird, besteht darin, dass die Leiterbahnen der Schichtelemente, beispielsweise von Solarmodulen, die aus dem wertvollen Rohstoff hergestellt sind, nicht von außen zugänglich sind. Sie befinden sich zwar auf der Oberseite des Grundkörpers, sind jedoch durch die Deckschicht abgedeckt, die durch die wenigstens eine Haftschicht befestigt ist. Indem die Haftschicht erwärmt wird, verringert sich deren Haftwirkung, sodass danach die Deckschicht und der Grundkörper voneinander entfernt werden können. Danach sind die an der Oberseite des Grundkörpers angeordneten Leiterbahnen zugänglich. Sie werden nun durch mechanisches Abtragen vom Grundkörper entfernt und dazu abgetragene Material aufgefangen.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schichtelement um ein Solarmodul, wobei das Schichtelement vorzugsweise metallische Leiterbahnen aufweist, die besonders bevorzugt an der Oberseite des Grundkörpers angeordnet sind und von der Deckschicht überdeckt werden.
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Vorzugsweise beträgt die Haftschichttemperatur wenigstens 180 °C, vorzugsweise wenigstens 200 °C, besonders bevorzugt wenigstens 230 °C und höchstens 400 °C, vorzugsweise höchstens 350 °C, besonders bevorzugt höchstens 280 °C. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei der Haftschicht um eine Schicht aus oder mit Ethylen-Vinylacetat (EVA) handelt. Die Haftschichttemperatur ist vorzugsweise so gewählt, dass noch keine Pyrolyse der Haftschicht eintritt, bei der zum Teil giftige und umweltschädliche Gase frei werden können. Dies wird bei einer Temperatur von unter 400° vermieden. Bei einer Temperatur von mehr als 180 °C, vorzugsweise von mehr als 200 °C wird in einer EVA-Haftschicht Essigsäure freigesetzt, die einen Schmierfilm zwischen den durch die Haftschicht verbundenen Schichten bildet. Dadurch nehmen die Adhäsionskräfte, die durch die Haftschicht aufgebracht werden, ab und die beiden miteinander verbundenen Elemente können voneinander getrennt werden. Vorzugsweise wird daher als Haftschicht zumindest auch eine Folie aus EVA verwendet.
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Vorzugsweise beträgt die Unterseitentemperatur höchstens 150 °C, bevorzugt höchstens 110 °C, besonders bevorzugt höchstens 100 °C. Je geringer diese Temperatur ist, desto geringer sind die Auswirkungen der Wärme auf Schichten, die an der Unterseite des Grundkörpers angeordnet sind.
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Vorzugsweise verfügt der Grundkörper über eine Struktur aus mehreren aneinander angeordneten Schichten. Die Unterseite des Grundkörpers bildet die Unterseite des Schichtelements, das durch die hier beschriebenen Verfahren verarbeitet wird. Der Grundkörper verfügt beispielsweise über ein Substrat, das vorzugsweise aus Silizium hergestellt ist, besonders bevorzugt aus Silizium besteht, und eine ladungsdotierte Zone und eine lochdotierte Zone aufweist. Auf der Oberseite dieses Substrates, die die Oberseite des Grundkörpers bildet, sind die metallischen Leiterbahnen angeordnet. Die Unterseite des Substrates muss nicht zwangsläufig die Unterseite des Schichtelements bilden. An der Unterseite des Substrates können weitere Schichten, beispielsweise die bereits erwähnte Kunststoffschicht, angeordnet sein. Die Unterseite des Grundkörpers bildet vorzugsweise die Unterseite des Schichtelements.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Haftschicht mittels Infrarot-Strahlung und/oder magnetischer Induktion und/oder Mikrowellenstrahlung erwärmt. Insbesondere bei der Verwendung von Infrarot-Strahlung oder Mikrowellenstrahlung ist es von Vorteil, die Strahlung durch die Deckschicht, die vorzugsweise für die jeweilige Art von Strahlung zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig transparent ist, aufzubringen. Infrarotstrahlung, die zum Erwärmen der Haftschicht verwendet wird, hat vorzugsweise eine Wellenlänge von 1000 bis 4000 nm, bevorzugt von 1000 bis 2000 nm.
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Wird Mikrowellenstrahlung verwendet, hat diese vorzugsweise eine Frequenz zwischen 2,4 GHz und 2,5 GHz, vorzugweise von 2,45 GHz. Alternativ dazu hat die Mikrowellenstrahlung eine Frequenz von 5,8 GHz.
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Bei der Erwärmung mittels magnetischer Induktion werden magnetische Wechselfelder verwendet, deren Frequenz vorzugsweise zwischen 1 kHz und 500 kHz beträgt. Ein verwendbarer Frequenzbereich wird als Niederfrequenzbereich bezeichnet und umfasst Frequenzen zwischen 1 kHz und 7 kHz. Ein anderer Frequenzbereich wird als Mittelfrequenzbereich bezeichnet und beinhaltet die Frequenzen zwischen 8 kHz und 40 kHz. Der Hochfrequenzbereich beinhaltet die Frequenzen zwischen 60 kHz und 500 kHz. Bevorzugt liegt die verwendete Frequenz zwischen 25 kHz und 300 kHz, besonders bevorzugt zwischen 25 kHz und 100 kHz.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe zudem durch eine Vorrichtung zum Durchführen eines der hier beschriebenen Verfahren, die sich dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Haftschicht eines Schichtelements auf die Haftschichttemperatur und eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Unterseite des Grundkörpers des Schichtelements auf die Unterseitentemperatur aufweist.
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Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung über eine Halteeinrichtung, mit der das Schichtelement, das mittels der Vorrichtung verarbeitet wird, festgehalten wird. Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung über einen Arbeitstisch zum Tragen des Schichtelements, wobei die Kühleinrichtung vorzugsweise innerhalb des Arbeitstisches angeordnet ist. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung verfügt der Arbeitstisch über eine Auflagefläche, auf der das Schichtelement während der Durchführung des Verfahrens aufliegt. Diese Auflagefläche ist vorzugsweise durch die Kühleinrichtung kühlbar. Die Halteeinrichtung, mit der das Schichtelement festgehalten wird, ist beispielsweise eine Zugeinrichtung zum Ausüben einer Zugkraft. Diese kann beispielsweise wenigstens ein Unterdruckelement, beispielsweise eine Saugelement aufweisen. Das Schichtelement wird beispielsweise auf Öffnungen innerhalb der Auflagefläche positioniert, die durch das Schichtelement verschlossen werden. Durch Anlegen eines Unterdruckes oder einer Saugkraft an die verschlossenen Öffnungen wird eine Saugkraft und damit eine Zugkraft auf das Schichtelement ausgeübt, die es an der Auflagefläche festhält.
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Alternativ oder zusätzlich dazu verfügt die Halteeinrichtung über eine Druckeinrichtung zum Ausüben einer Druckkraft. Durch diese Druckkraft wird das Schichtelement an die Auflagefläche gedrückt. Die Druckeinrichtung weist vorzugweise wenigstens einen, vorzugsweise mehrere, Niederhalter auf. Diese sind vorzugsweise relativ zu der Auflagefläche bewegbar. Die Niederhalter werden vorzugsweise von der Auflagefläche entfernt, um ein zu verarbeitendes Schichtelement auf der Auflagefläche anzuordnen. Danach werden die Niederhalter abgesenkt, bis sie in Kontakt mit dem Schichtelement kommen und eine Druckkraft auf das Schichtelement ausüben können.
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Vorzugsweise verfügt die Kühleinrichtung über wenigstens einen Fluidkanal, durch den ein Kühlmedium leitbar ist. Das Kühlmedium ist beispielsweise eine Kühlflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser. Vorzugsweise verfügt die Kühleinrichtung über eine Pumpe, durch die das Kühlmedium durch den Fluidkanal bewegbar ist. Befindet sich der Fluidkanal innerhalb des Arbeitstisches, ist es von Vorteil, wenn dieser aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl, hergestellt ist.
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Vorzugsweise befindet sich der wenigstens eine Kühlkanal möglichst nah an der eigentlichen Auflagefläche des Arbeitstisches, beispielsweise höchstens 15 cm, vorzugsweise höchstens 10 cm, besonders bevorzugt höchstens 5 cm von der Auflagefläche entfernt. Vorzugsweise weist das Material des Arbeitstisches, zumindest das Material das Arbeitstisches, das sich zwischen dem wenigstens einen Kühlkanal und der Auflagefläche befindet, eine höhe Wärmeleitfähigkeit auf. Das Material ist vorzugsweise ein Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl.
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Alternativ oder zusätzlich dazu verfügt die Kühleinrichtung über wenigstens ein Gebläse, durch das Luft auf die Unterseite des Schichtelements leitbar ist. Das Gebläse kann beispielsweise in Form eines oder mehrerer Ventilatoren ausgebildet sein, die so angeordnet und ausgerichtet sind, dass sie Luft in Richtung auf die Unterseite des Schichtelements bewegen.
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Alternativ oder zusätzlich dazu verfügt die Kühleinrichtung über wenigstens eine Einrichtung zum Ausstoßen von Druckluft. Diese Einrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass Druckluft, die aus einer Druckluftquelle stammt, die vorzugsweise Teil der Kühleinrichtung, zumindest aber Teil der Vorrichtung ist, auf die Unterseite des Schichtelementes geleitet. Bei den hier beschriebenen Verfahren wird vorzugsweise die Unterseite des Schichtelementes über das Gebläse und/oder die Einrichtung zum Ausstoßen von Druckluft gekühlt.
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Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung über einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Haftschichttemperatur und/oder über einen zweiten Temperatursensor zum Erfassen der Unterseitentemperatur. Vorzugsweise weist der erste Temperatursensor und/oder der zweite Temperatursensor ein Pyrometer auf, durch das die auftretenden Temperaturen vorzugsweise berührungslos erfassen können.
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Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung über eine elektrische Steuerung, besonders bevorzugt eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit der erfassten Haftschichttemperatur und/oder der erfassten Unterseitentemperatur die Heizeinrichtung und/oder die Kühleinrichtung zu steuern. Dazu wird die jeweils erfasste Temperatur mit einer in einem elektronischen Datenspeicher hinterlegten Soll-Temperatur verglichen. Die Soll-Temperatur kann auch ein Temperaturbereich sein, innerhalb dessen die erfasste Temperatur liegen soll. Die elektrische Steuerung ist derart eingerichtet, dass sie die Heizeinrichtung in ihrer Leistung steigert und/oder die Dauer des Heizens erhöht, sofern die erfasste Haftschichttemperatur nach dem Vergleich mit einer hinterlegten Soll-Temperatur als zu gering angesehen wird. Vorzugsweise ist die elektrische Steuerung alternativ oder zusätzlich derart eingerichtet, dass sie die Kühleinrichtung in ihrer Leistung steigert und/oder die Dauer des Kühlens erhöht, sofern die erfasste Unterseitentemperatur nach dem Vergleich mit einer hinterlegten Soll-Temperatur als zu hoch angesehen wird.
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Mithilfe der beigefügten Zeichnungen werden nachfolgend einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 - 6 schematische Darstellungen eines Schichtelementes im Verfahren.
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1 zeigt ein Schichtelement 2, das als Solarmodul ausgebildet ist. Es verfügt über einen Grundkörper 4, an dessen Oberseite 6 sich in den Figuren nicht dargestellte Leiterbahnen befinden. Das Schichtelement 2 verfügt zudem über eine Deckschicht 8, die beispielsweise aus Glas ausgestaltet ist. Die Deckschicht 8 ist mittels einer Haftschicht 10 am Grundkörper 4 angeordnet. An der der Oberseite 6 gegenüberliegenden Unterseite 12 des Grundkörpers 4 ist mittels einer weiteren Haftschicht 14 eine Rückseite 16 angeordnet. In dem Verfahren soll beispielsweise das Schichtelement 2 verarbeitet werden, indem es recycelt wird. Dazu muss zunächst die Deckschicht 8 entfernt werden. Um dies zu erreichen, wird die Haftschicht 10 erwärmt, wozu im in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Heizstrahler 18 verwendet wird. Über schematisch dargestellte Wärmestrahlung wird die Oberseite des Schichtelementes 2 erwärmt. Da die Deckschicht 8 für die Strahlung, die auch sichtbares Licht, beispielsweise Laserstrahlung sein kann, zumindest teilweise, vorzugsweise jedoch vollständig transparent ist, wird durch die Wärmestrahlung die Haftschicht 10 erwärmt und verliert so zumindest teilweise ihre Haftwirkung.
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Die Rückseite 16 des Schichtelementes 2 kommt mit einem Arbeitstisch 20 in Kontakt, in dem sich eine Kühleinrichtung 22 befindet. Diese ist schematisch als durchgezogene Linie dargestellt und kann beispielsweise Kühlkanäle aufweisen, durch die ein Kühlmedium geleitet wird.
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2 unterscheidet sich von 1 lediglich durch eine veränderte Kühleinrichtung 22. Diese ist in 2 in Form von mehreren Ventilatoren 24 ausgebildet, durch die Luft auf die Rückseite 16 des Schichtelementes geleitet wird. Dies kann beispielsweise durch Öffnungen im Arbeitstisch geschehen.
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3 zeigt das Schichtelement 2 sowie den Heizstrahler 18. Um die Temperatur der Deckschicht 8 und der Rückseite 16 bestimmen zu können, sind zwei Temperatursensoren 26 vorhanden. Mit ihnen können die entsprechenden Temperaturen gemessen und die Messdaten an eine nicht dargestellte elektrische Steuerung weitergeleitet werden, die die Heizeinrichtung und/oder die Kühleinrichtung steuert.
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In der in 4 gezeigten Ausgestaltung liegt das Schichtelement 2 auf dem Arbeitstisch 20 auf, der als Kühlplatte 28 ausgebildet ist. Diese Kühlplatte 28 ist Teil der Kühleinrichtung 22. Die Kühleinrichtung 22 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel zudem über Kühlrippen 30, die an der dem Schichtelement 2 abgewandten Seite des Arbeitstisches 20 angeordnet sind. Dadurch wird es möglich, Wärme, die von dem Schichtelement 2 auf den Arbeitstisch 2 und die Kühlplatte 28 übertragen wird, abzuführen. Die Wärme wird vorzugsweise an eine umgebende Luft abgegeben. Dazu werden die Kühlrippen 30 vorzugsweise mit wenigstens einem, vorzugsweise mehreren Ventilatoren, die in 4 nicht dargestellt sind, gekühlt.
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5 zeigt eine weitere Ausgestaltung. Das Schichtelement 2 wird auf dem Arbeitstisch 20 positioniert, in dem sich wie in 1 die Kühleinrichtung 22 befindet. Zwischen dem Schichtelement 2 und dem die Kühleinrichtung ausweisenden Teil des Arbeitstisches 20 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vakuumplatte 32 angeordnet, die eine Saugkraft auf das Schichtelement 2 ausübt und es so an dem Arbeitstisch 20, dessen Teil die Vakuumplatte 32 vorzugsweise ist, festhält.
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Figur entspricht in weiten Teilen 1. Anders als dort ist in 6 der Arbeitstisch 20 nicht mit einer Halteeinrichtung, beispielsweise einer Saugeinrichtung ausgerüstet. Das Schichtelement 2 kann also auf der Oberseite des Arbeitstisches 20 bewegt werden, um beispielsweise die von dem Heizstrahler 18 erwärmte Stelle zu verändern. Dazu werden Walzen 34 verwendet, die auf der Oberseite des Schichtelementes 2 dargestellt sind. Die Walzen können in zwei Richtungen rotiert werden, von denen eine durch den in 6 dargestellten Pfeil illustriert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schichtelement
- 4
- Grundkörper
- 6
- Oberseite
- 8
- Deckschicht
- 10
- Haftschicht
- 12
- Unterseite
- 14
- Haftschicht
- 16
- Rückseite
- 18
- Heizstrahler
- 20
- Arbeitstisch
- 22
- Kühleinrichtung
- 24
- Ventilator
- 26
- Temperatursensor
- 28
- Kühlplatte
- 30
- Kühlrippe
- 32
- Vakuumplatte
- 34
- Walze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014054593 A [0003]
- DE 102021129301 [0003]
