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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Fertigung eines Modells, insbesondere eines Kraftfahrzeugmodells, durch Applizieren einer Modelliermasse auf einen Modellgrundkörper, sowie ein zugehöriges Applikationssystem.
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Im Bereich Fahrzeugdesign wird Modelliermasse dazu verwendet, dreidimensionale plastische Modelle eines Fahrzeugexterieurs eines Fahrzeuges zu fertigen. Neben Skizzen und Computermodellen ist die Herstellung des Modells aus Modelliermasse ein wesentlicher Teil der Formfindung eines neuen Fahrzeuges. Das Modell ermöglicht eine genaue physische Beurteilung von Proportionen und Formen. Auch kann am Modell das Design unmittelbar weiterentwickelt werden. Während der Designfindung werden in mehreren Stufen die Modelle iterativ überarbeitet.
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Fahrzeugmodelle aus Modelliermasse werden in der Regel im Maßstab 1:1 oder 1:4 hergestellt, die aus mehreren Schichten bestehen können. Auf einem Unterbau, beispielsweise aus Holz oder Stahl, sind beispielsweise Kunststoffplatten befestigt. Darauf wird die Modelliermasse in einer bis zu 20 cm dicken Lage aufgetragen bzw. appliziert. Der Vorteil der Modelliermasse besteht darin, dass dieses in einem erwärmten Zustand modellierbar ist und bei Raumtemperatur fest, d.h. form- und kantenstabil, ist.
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Das Applizieren der Modelliermasse erfolgt dabei durch Handarbeit. Dazu wird die Modelliermasse in handlichen Blöcken auf etwa 50°C bis 80°C erwärmt, sodass diese formbar ist. Ebenso muss bereits applizierte Modelliermasse auf dem zu bearbeitenden Modell erwärmt werden, bevor die erwärmte Modelliermasse auf das Modell appliziert werden kann, sodass sich die bereits applizierte Modelliermasse und die zu applizierende Modelliermasse zu einer homogenen Verbindung zusammenfügen kann, um ein Abblättern, Abplatzen oder Abfallen der Modelliermasse zu unterbinden. Hierzu wird händisch ein Heißluftfön verwendet und die Modelliermasse mit der Hand schichtweise auf das Modell grob mit einem Übermaß aufgetragen. Ist die Modelliermasse auf dem Modell abgekühlt, ist diese maschinell per CNC-Fräse bearbeitbar, um exakte Formen und Konturen herauszuarbeiten.
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Das händische Applizieren ist körperlich sehr belastend und bei großen Flächen sehr zeitintensiv. Ferner ist beim händischen Applizieren die Menge der benötigten Modelliermasse durch die auszuführende Person schwer abschätzbar, sodass in den meisten Fällen ein sehr hohes Übermaß an Modelliermasse appliziert wird, wobei die übermäßige Modelliermasse abgefräst und entsorgt werden muss.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Applikationssystem bereitzustellen, mit der sich Modelliermasse automatisiert, und damit schneller, einfacher und exakter applizieren lässt, um ein Modell zu fertigen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch einen ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Fertigung eines Modells, insbesondere eines Kraftfahrzeugmodells, durch Applizieren einer Modelliermasse auf einen Modellgrundkörper bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- a. Bereitstellen von Steuerungsdaten zur Fertigung des Modells;
- b. Automatisches Fertigen des Modells abhängig von den Steuerungsdaten, wobei zeitlich parallel
- c. ein Applikationsbereich des Modellgrundkörpers mittels eines Applikationswerkzeuges erwärmt und die Modelliermasse auf den Applikationsbereich des Modellgrundkörper mittels des Applikationswerkzeuges appliziert wird,
- d. das Applikationswerkzeug entlang des Modellgrundkörpers mittels eines Roboters, insbesondere eines Roboterarms, welcher mit dem Applikationswerkzeug verbunden ist, geführt wird, und
- e. die Modelliermasse mittels einer beheizbaren Fördervorrichtung, welche mit dem Applikationswerkzeug verbunden ist, zu dem Applikationswerkzeug gefördert wird.
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Die Steuerungsdaten können insbesondere durch eine Steuereinheit eines Applikationssystems, welches darüber hinaus das Applikationswerkzeug, den Roboter und die beheizbare Fördervorrichtung umfasst, bereitgestellt werden. Die Steuereinheit kann eine oder mehrere Prozessoreinheiten oder sonstige integrierte Schaltkreise beinhalten und dazu ausgebildet sein, das Applikationswerkzeug, den Roboter und die Fördervorrichtung durch entsprechende Steuersignale, die die Steuerungsdaten beinhalten, zu steuern.
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Basierend auf den Steuerungsdaten wird das Modell gefertigt. Dazu sind zumindest die drei Verfahrensschritte c. bis e. notwendig, die zeitlich parallel und insbesondere zueinander koordiniert durchgeführt werden.
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Der Roboter, insbesondere der Roboterarm, an dessen Ende das Applikationswerkzeug montiert ist, führt das Applikationswerkzeug abhängig von den Steuerungsdaten entlang des Modellgrundkörpers. Das Applikationswerkzeug kann beispielsweise eine Applikationseinrichtung umfassen, die ein Applikationsrohr mit einer Applikationsdüse aufweist, wobei das Applikationsrohr zum Fördern der Modelliermasse und die Applikationsdüse zum Austretenlassen der Modelliermasse ausgebildet ist.
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Das Applikationswerkzeug kann weiter eine Heißluftströmungseinrichtung mit einer ringförmig um das Applikationsrohr ausgebildeten Austrittseinheit umfassen, durch welche Heißluft zum Erwärmen des Modellgrundkörpers ausströmbar ist. Die Heißluftströmungseinrichtung kann dabei ein Umfeldbereich auf der Oberfläche des Modellgrundkörpers, wobei der Umfeldbereich den Applikationsbereich ringförmig umschließt und den Applikationsbereich beinhaltet, erwärmen.
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Das Applikationswerkzeug kann weiter eine Anschlusseinrichtung zum Verbinden der Applikationseinrichtung mit der Fördereinrichtung umfassen. Das Applikationswerkzeug kann vorzugsweise Schnittstellen aufweisen zur mechanischen Verbindung mit dem Roboter, und/oder Schnittstellen zur Versorgung mit Druckluft, sowie elektrische Schnittstellen und Kommunikationsschnittstellen. Des Weiteren kann das Applikationswerkzeug, insbesondere die Applikationseinrichtung, beheizt sein, sodass die Modelliermasse warmgehalten werden kann.
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Insbesondere kann die Modelliermasse bereits erwärmt dem Verfahren bereitgestellt werden, insbesondere mit einer Temperatur von 50°C bis 80°C, sodass diese bereits in einem applizierbaren bzw. modellierbaren Zustand ist. Beispielsweise kann die Modelliermasse in einem Fass, welches sich in einer Wärmekammer befinden kann, erwärmt werden.
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Basierend auf den Steuerungsdaten kann das Applikationswerkzeug koordiniert zu der Führung des Roboters die Modelliermasse auf die Oberfläche des Modellgrundkörpers applizieren. Die Fördervorrichtung stellt hierfür koordiniert und basierend auf den Steuerungsdaten die hierfür benötigte Modelliermasse dem Applikationswerkzeug bereit. Insbesondere ist die Modelliermasse vorgewärmt und wird durch die beheizbare Fördervorrichtung warm gehalten.
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Insbesondere wird die Modelliermasse auf den Applikationsbereich appliziert. Der Applikationsbereich ist ein lokal begrenzter Bereich auf der Oberfläche des Modellgrundkörpers, wobei durch das Bewegen des Applikationswerkzeuges über die Oberfläche sich der Applikationsbereich entsprechend mitbewegt. Insbesondere bewegt sich der Applikationsbereich stets in den Umgebungsbereich, der bereits durch die Heißluftströmungseinrichtung erwärmt wurde. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich die applizierte Modelliermasse mit der bereits applizierten Modelliermasse homogen verbindet.
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Unter einem Applizieren kann auch ein Aufbringen verstanden werden, wobei die Modelliermasse auf die äußere Oberfläche des Modellgrundkörpers appliziert bzw. aufgebracht wird. Bei der Modelliermasse kann sich insbesondere um Industrieplastilin (engl.: Industrial Design Clay) oder kurz Clay handeln. Beim Applizieren der Modelliermasse ist es insbesondere vorgesehen, dass die Modelliermasse erwärmt bzw. vorgewärmt ist, sodass diese applizierbar und/oder modellierbar ist.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass das bisher händische Applizieren der Modelliermasse durch ein automatisches bzw. automatisiertes bzw. softwaregesteuertes Verfahren ersetzt werden kann. Somit lässt sich die Modelliermasse schneller und einfacher applizieren, um das Modell zu fertigen. Dies spart Zeit und Kosten für die Fertigung ein. Ebenso kann Modelliermasse eingespart werden, da nunmehr viel exakter gearbeitet werden kann, sodass weniger Übermaß an Modelliermasse auf dem Modellgrundkörper abgefräst und entsorgt werden muss.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Steuerungsdaten bereitgestellt werden durch die Schritte:
- f. Bereitstellen eines Ist-CAD-Modells des Modellgrundkörpers und eines Soll-CAD-Modells des zu fertigenden Modells;
- g. Automatisches Vergleichen des Ist-CAD-Modells mit dem Soll-CAD-Modell;
- h. Automatisches Ermitteln von Applikationsparametern zum Applizieren der Modelliermasse abhängig von dem Vergleich;
- i. Automatisches Erzeugen der Steuerungsdaten zur automatischen Fertigung eines Modells abhängig von den Applikationsparametern.
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Die Verfahrensschritte g. und h. können insbesondere von einer Recheneinheit computerimplementiert durchgeführt werden. Unter einer Recheneinheit kann insbesondere ein Datenverarbeitungsgerät verstanden werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis enthält. Die Recheneinheit kann also insbesondere Daten zur Durchführung von Rechenoperationen verarbeiten. Die Recheneinheit kann insbesondere einen oder mehrere Computer oder Prozessoren enthalten. In verschiedenen Ausführungsbeispielen beinhaltet die Recheneinheit eine oder mehrere Hardware- und/oder Softwareschnittstellen und/oder eine oder mehrere Speichereinheiten. Insbesondere können die Verfahrensschritte g. und h. mittels einer Software auf einem Computer durchgeführt werden. Beispielsweise werden die im Schritt f. bereitgestellten CAD-Modelle auf einer Speichereinheit gespeichert und von der Recheneinheit eingelesen.
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CAD steht für „Computer Aided Design“, wobei das Ist-CAD-Modell den Modellgrundkörper, insbesondere dessen äußere Oberfläche, virtuell abbildet. Das Soll-CAD-Modell bildet virtuell das zu fertigende Modell ab. Das Soll-CAD-Modell kann insbesondere basierend auf dem Ist-CAD-Modell und basierend auf gewünschten Änderungen am Computer erstellt werden.
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Die Recheneinheit kann gemeinsam mit der Steuereinheit oder getrennt von dieser ausgebildet sein kann. Beispielsweise können die Applikationsparameter mittels einem ersten Datenverarbeitungsgerät von der Recheneinheit ermittelt werden und die Steuerungsdaten mittels einem zweiten Datenverarbeitungsgerät von der Steuereinheit erzeugt werden.
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Der Modellgrundkörper ist vorzugsweise dreidimensional und kann insbesondere ein Grundkörper für ein Kraftfahrzeugmodell sein, wobei unter einem Kraftfahrzeugmodell eine dreidimensionale, plastische Abbildung eines Kraftfahrzeuges verstanden werden kann. Der Modellgrundkörper kann insbesondere einen Unterbau bzw. Unterbaukonstruktion, beispielsweise aus Holz oder Stahl, umfassen, sowie darauf angeordneten Kunststoffplatten, vorzugsweise Polyurethanplatten. Der Modellgrundkörper, der lediglich aus dem Unterbau und den Kunststoffplatten besteht, bildet sehr grob und mit einem deutlichen Untermaß ein Kraftfahrzeug nach. Dieses kann auch als Grundmodell bezeichnet werden. Bei dem Applizieren der Modelliermasse auf das Grundmodell kann es der Fall sein, dass das Grundmodell nicht lokal vorgewärmt werden muss, bevor die Modelliermasse appliziert werden kann.
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Auf das Grundmodell kann bereits ausgehärtete Modelliermasse appliziert sein, beispielsweise in vorherigen Designschritten, sodass der Modellgrundkörper den Unterbau, die Kunststoffplatten und die bereits applizierte und ausgehärtete Modelliermasse umfasst.
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Insbesondere ist das Ist-CAD-Modell eines Grundmodells bekannt bzw. gegeben. Das Ist-CAD-Modell eines Modellgrundkörpers mit bereits applizierter und ausgehärteter Modelliermasse kann insbesondere einem Soll-CAD-Modell einer Fertigung eines Modells entsprechen, welches in einem zeitlich vorherigen Verfahren basierend auf einem CAD-Modell gefertigt wurde. Mit anderen Worten entspricht das Soll-CAD-Modell eines früheren Modells dem Ist-CAD-Modell des Modellgrundkörpers.
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Durch den Vergleich des Ist-CAD-Modells mit dem Soll-CAD-Modell im Schritt g. können insbesondere Unterschiede ermittelt werden, woraufhin die Applikationsparameter im Schritt h. automatisch ermittelt werden können.
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Die Applikationsparameter können beispielsweise Parameter für Applikationstrajektorien, Applikationsgeschwindigkeiten, einen Volumenstrom der Modelliermasse, einen Abstand und/oder eine Ausrichtung der Applikationsdüse zum Fahrzeuggrundmodell enthalten. Es können ebenfalls Parameter darüber enthalten sein, wann ein Wechsel eines Applikationswerkzeuges zu erfolgen hat, beispielsweise von einem Applikationswerkzeug mit einer Applikationsdüse großen Durchmessers für ein grobes Applizieren der Modelliermasse, auf ein Applikationswerkzeug mit einer Applikationsdüse kleinen Durchmessers für ein filigranes Applizieren der Modelliermasse. Beispielsweise kann auch von einem Applikationswerkzeug auf ein Fräswerkzeug mit einer Fräse gewechselt werden.
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Abhängig von den Applikationsparametern können die Steuerungsdaten von der Steuereinheit erzeugt werden und in Form von Steuersignalen an das Applikationswerkzeug, den Roboter und die beheizbare Fördervorrichtung gesendet werden. Die Applikationsparameter und/oder Steuerungsdaten können des Weiteren abhängig sein von vorgebbaren Randparametern.
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Insbesondere kann es in einem Zwischenschritt vorgesehen sein, dass basierend auf den Applikationsparametern das Fertigen des Modells simuliert wird.
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Dadurch, dass auf diese Weise die Steuerungsdaten bereit gestellt werden, kann das Verfahren weiter automatisiert werden. Durch das Bereitstellen des Ist-CAD-Modells und des Soll-CAD-Modells kann besonders einfach basierend auf dem Modellgrundkörper das Modell gefertigt werden. Insbesondere, wenn lediglich kleine Unterschiede zwischen den Modellen erkannt werden, kann eine Fertigung deutlich beschleunigt werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Modelliermasse gemäß dem Soll-CAD-Modell endkonturfertig auf den Modellgrundkörper appliziert wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das Applikationswerkzeug eine Applikationsdüse mit einer sehr kleinen Düsenöffnung bereitstellt, und der Volumenstrom der Modelliermasse durch die Fördervorrichtung und die Führungsgeschwindigkeit des Roboters entsprechend angepasst ist. Insbesondere kann bei der Fertigung des Modells auf das Applikationswerkzeug mit der Applikationsdüse mit der sehr kleinen Düsenöffnung gewechselt werden.
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Somit kann vorteilhaft vermieden werden, dass ein appliziertes Übermaß an Modelliermasse auf dem Modellgrundkörper endkonturfertig abgefräst werden muss. Dies hat vor allem den Vorteil, dass der Fertigungsschritt des Fräsens entfallen und Material an Modelliermasse eingespart werden kann.
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Alternativ ist es vorgesehen, dass die Modelliermasse gemäß dem Soll-CAD-Modell mit einem Übermaß auf den Modellgrundkörper appliziert wird. Bevorzugt wird nach dem Applizieren mit einem Übermaß die Verbindung zwischen dem Roboter und dem Applikationswerkzeug automatisch gelöst. Bevorzugt wird eine Verbindung zwischen dem Roboter und einem Fräswerkzeug automatisch hergestellt. Bevorzugt wird abhängig von den Steuerungsdaten mittels des Fräswerkzeugs das Übermaß abgefräst.
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Beispielsweise sind dem Verfahren mehrere Applikationswerkzeuge mit unterschiedlichen Düsenöffnungen und mehrere Fräswerkzeuge mit unterschiedlichen Fräsköpfen bereitgestellt, sodass je nach Anwendungsszenario ein entsprechendes Werkzeug automatisch mit dem Roboter verbunden und verwendet werden kann. Beispielsweise kann auch lediglich ein Applikationswerkzeug bereitgestellt sein, wobei verschiedene Düsen mit unterschiedlichen Düsenöffnungen bereitgestellt sind, die basierend auf den Steuerungsdaten automatisch ausgetauscht werden können.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass mittels einer Dosiereinheit, insbesondere einer Dosierpumpe, des Applikationswerkzeuges die Modelliermasse abhängig von den Steuerungsdaten dosiert auf den Modellgrundkörper appliziert wird. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Dosiereinheit der Applikationseinrichtung die Modelliermasse dosierbar in das Applikationsrohr fördern kann. Die Dosiereinheit kann vorzugsweise zwischen einem distalen Ende des Applikationsrohres, welches der Applikationsdüse gegenüberliegend ist, und der Anschlusseinrichtung angeordnet sein. Die Dosiereinheit kann insbesondere dazu ausgebildet sein, einen Masse- bzw. Volumenstrom der Modelliermasse exakt einzustellen, bzw. diesen zu stoppen oder anlaufen zu lassen. Insbesondere kann mittels der Dosiereinheit eine exakt vorgesehene Menge an Modelliermasse auf den Modellgrundkörper appliziert werden. Ein unkontrolliertes Auslaufen bzw. Nachlaufen der Modelliermasse aus der Applikationsöffnung kann mittels der Dosiereinheit vorteilhaft unterbunden werden. Insbesondere kann die Dosiereinheit als Dosierpumpe oder Dosierventil ausgebildet sein. Die Dosiereinheit kann vorzugsweise basierend auf den Steuerungsdaten mit einer Förderpumpe der Fördervorrichtung zusammenwirken.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Modelliermasse senkrecht zu einer Kontur bzw. auf der Oberfläche des Modellgrundkörpers appliziert wird, bevorzugt basierend auf den Steuerungsdaten. Insbesondere kann die Applikationsdüse des Applikationswerkzeuges mittels des Roboters senkrecht über den Modellgrundkörper geführt werden, sodass die Modelliermasse senkrecht auf den Modellgrundkörper appliziert werden kann. Vorzugsweise kann die Applikationsdüse mit einem bevorzugten Abstand, beispielsweise von wenigen Millimetern oder Zentimetern, über der Oberfläche des Modellgrundkörpers geführt werden. Durch das stets senkrechte Applizieren ergibt sich der Vorteil, dass die Modelliermasse exakt auf den vorgesehenen Applikationsbereich der Oberfläche appliziert werden kann.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Applikationsbereich des Modellgrundkörpers vor dem Applizieren der Modelliermasse mittels einer Heißluftströmungseinrichtung des Applikationswerkzeuges abhängig von den Steuerungsdaten erwärmt wird.
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Insbesondere ist die Heißluftströmungsvorrichtung dazu ausgebildet, den Applikationsbereich des Modellgrundkörpers zu erwärmen. Insbesondere kann der Modellgrundkörper durch die Heißluft lediglich lokal erwärmt werden. Vorzugsweise kann ein Umfeldbereich auf dem Modellgrundkörper erwärmt werden, wobei der Umfeldbereich den Applikationsbereich umfasst bzw. aufweist und diesen, insbesondere ringförmig, umschließt.
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Zum Erwärmen des Umfeldbereiches, der den Applikationsbereich beinhaltet, ist die Austrittseinheit der Heißluftströmungseinrichtung ringförmig um das Applikationsrohr ausgebildet, wobei zumindest eine Austrittsöffnung der Austrittseinheit in eine vorgesehene Richtung zum Umfeldbereich des Modellgrundkörpers gerichtet ist. Insbesondere ist die Heißluft durch die zumindest eine Austrittsöffnung aus der Austrittseinheit strömbar.
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Vorzugsweise kann der Heißluftströmungseinrichtung über eine Schnittstelle der Heißluftströmungseinrichtung, die mit einer Luftquelle verbunden ist, Luft, insbesondere Druckluft, zugeführt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Applikationswerkzeug ein Gebläse umfasst, welches Luft aus der Umgebung fördern und der Heißluftströmungseinrichtung zuführen kann. Es kann vorgesehen sein, dass die zugeführte Luft bereits als Heißluft zuführbar oder Luft durch die Heißluftströmungseinrichtung zu Heißluft aufheizbar ist. Vorzugsweise ist die ausströmbare Heißluft mehrere Hundert Grad Celsius heiß, insbesondere zwischen 300 und 800 Grad. Durch Ausströmen und Aufprallen der Heißluft auf den Umfeldbereich kann dieser mittels des Applikationswerkzeuges erwärmt werden.
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Insbesondere kann durch das Applikationswerkzeug vorteilhaft gewährleistet werden, dass bei einem Führen des Applikationswerkzeuges entlang der Oberfläche des Modellgrundkörpers der Applikationsbereich stets erwärmt wird, da sich durch das Führen des Applikationswerkzeuges auch der Applikationsbereich immer in den bereits erwärmten Umfeldbereich hineinwandert.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Ist-CAD-Modell einem Soll-CAD-Modells eines vorherigen Verfahrens entspricht. Das vorherige Verfahren kann insbesondere dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen, welches zeitlich vorab durchgeführt wurde, wobei aus einem vorherigen Modellgrundkörper ein fertiges Modell basierend auf einem vorherigen Soll-CAD-Modell gefertigt wurde. Das vorherige Soll-CAD-Modell kann folglich dem Ist-CAD-Modell des Verfahrens entsprechen. Folglich ist das Ist-CAD-Modell stets gegeben, ohne dass der Modellgrundkörper aufwändig vermessen werden muss.
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Da insbesondere das Ist-CAD-Modell des Modellgrundkörpers vorhanden ist, kann einfach und schnell ein Modell aus dem Modellgrundkörper gefertigt werden. Der Modellgrundkörper muss ebenfalls nicht aufwendig vermessen werden, um das Ist-CAD-Modell zu erhalten. Es muss ebenfalls nicht auf einer zweidimensionalen Platte begonnen werden, das Modell zu fertigen. Vielmehr kann das Fertigen des Modells durch Änderung des Modellgrundkörpers, also durch Applizieren und/oder Fräsen der Modelliermasse, erfolgen.
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Dies hat den Vorteil, dass auf eine Messeinrichtung und Verfahrensschritten zur Vermessung des Modellgrundkörpers verzichtet werden kann. Dies spart Zeit und Kosten für das Fertigen des Modells.
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Durch einen zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Applikationssystem zur automatischen Fertigung eines Modells, insbesondere eines Kraftfahrzeugmodells, durch Applizieren einer Modelliermasse auf einen Modellgrundkörper bereitgestellt. Das Applikationssystem umfasst eine Steuereinheit, welche dazu ausgebildet ist, Steuerungsdaten, bevorzugt abhängig von Applikationsparametern, zu bereitzustellen. Weiter umfasst das Applikationssystem ein Applikationswerkzeug, welches dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten einen Applikationsbereich des Modellgrundkörpers zu erwärmen und die Modelliermasse auf den Applikationsbereich des Modellgrundkörper zu applizieren. Darüber hinaus umfasst das Applikationssystem einen Roboter, insbesondere einen Roboterarm, welcher mit dem Applikationswerkzeug verbunden und dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten das Applikationswerkzeug entlang des Modellgrundkörpers zu führen, sowie eine beheizbare Fördervorrichtung, welche mit dem Applikationswerkzeug verbunden und dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten die Modelliermasse zu dem Applikationswerkzeug zu fördern.
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Die Steuereinheit ist insbesondere dazu ausgebildet, Steuerungsdaten vorzugsweise abhängig von Applikationsparametern, zu erzeugen.
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Die beheizbare Fördervorrichtung kann insbesondere ein Heizsystem umfassen, welches die Fördervorrichtung beheizt. Dadurch kann die bereits erwärmte Modelliermasse in der Fördervorrichtung, insbesondere nahtlos, warmgehalten werden. Das Applikationswerkzeug kann ebenfalls beheizbar sein, beispielsweise durch eine Wärmevorrichtung des Applikationswerkzeuges, sodass die bereits erwärmte Modelliermasse in dem Applikationswerkzeug warmgehalten werden kann. Andernfalls wäre eine Fördern der Modelliermasse nicht möglich.
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Des Weiteren kann das Applikationssystem eine Recheneinheit umfassen, welche dazu ausgebildet ist, die Schritte g. und h. des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wobei der Recheneinheit ein Ist-CAD-Modell des Modellgrundkörpers und ein Soll-CAD-Modell des zu fertigenden Modells bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann die Recheneinheit die Applikationsparameter bereitstellen.
Das Applikationssystem kann des Weiteren mehrere Applikationswerkzeuge mit unterschiedlichen Applikationsdüsen, sowie mehrere Fräswerkzeuge aufweisen, die jeweils einzeln über eine mechanische Schnittstelle mit dem Roboter verbunden werden können.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass das bisher händische Applizieren der Modelliermasse durch ein automatisches bzw. automatisiertes Verfahren ersetzt werden kann. Somit lässt sich die Modelliermasse schneller und einfacher applizieren, um das Modell zu fertigen. Dies spart Zeit und Kosten für die Fertigung ein. Ebenso kann Modelliermasse eingespart werden, da nunmehr viel exakter gearbeitet werden kann, sodass weniger Übermaß an Modelliermasse auf dem Modellgrundkörper abgefräst und entsorgt werden muss.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Fördervorrichtung einen beheizbaren Druckschlauch und eine Förderpumpe umfasst, wobei der Druckschlauch mit der Förderpumpe und dem Applikationswerkzeug verbunden ist.
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Insbesondere kann der beheizbare Druckschlauch, welcher die Förderpumpe vorzugsweise mit einer Anschlusseinrichtung einer Applikationsvorrichtung des Applikationswerkzeuges verbindet, mehrere Meter, insbesondere zwischen 10 Meter und 20 Meter, lang sein. Die Förderpumpe kann ausgebildet sein, dem Applikationswerkzeug die Modelliermasse zu fördern. Insbesondere wird der Druckschlauch mittels eines deckengeführten Schienensystems und einer Federrückzieheinrichtung getragen und geführt. Somit kann der Förderschlauch einer Bewegung des Applikationswerkzeuges folgen, ohne dass dieser das Fertigungsverfahren beispielsweise durch eine Kollision des Druckschlauches mit dem Modellgrundkörper, stört.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass die Fördervorrichtung zumindest zwei Kanäle umfasst, die jeweils separat mit jeweils einem Reservoir an vorgewärmter Modelliermasse fluidisch verbindbar sind. Bevorzugt ist eine Umschalteinheit der Fördervorrichtung dazu ausgebildet, automatisch von einer Verbindung zwischen der Förderpumpe und einer ersten der zumindest zwei Kanäle auf eine Verbindung zwischen der Förderpumpe und einer zweiten der zumindest zwei Kanäle umzuschalten.
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Die zumindest zwei Kanäle können beispielsweise als Kanäle ausgebildet sein. Eine jeweiliges erstes Ende der zumindest zwei Kanäle kann hierbei mit dem jeweils zugehörigen Reservoir, vorzugsweise einem Fass mit Modelliermasse, welches sich in einer jeweils zugehörigen Wärmekammer befindet, verbunden sein. Ein jeweiliges zweites Ende der zumindest zwei Kanäle kann mit der Umschalteinheit verbunden sein.
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Die Umschalteinheit kann beispielsweise als automatisch schaltbares 3/2-Wegeventil ausgebildet sein, mit drei Anschlüssen und zwei Schaltstellungen. Beispielsweise ist in einer ersten Schaltstellung der Umschalteinheit der erste Kanäle mit der Förderpumpe fluidisch verbunden und der zweite Kanäle von der Förderpumpe fluidisch getrennt. Ein Volumenstrom der Modelliermasse kann hierbei von einem ersten Fass, welches dem ersten Kanäle zugehörig ist, gefördert werden.
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Neigt sich das erste Fass einem entleerten Zustand, kann die Schalteinheit ausgebildet sein, automatisch auf eine zweite Schaltstellung zu schalten. Beispielsweise ist in der zweiten Schaltstellung der Umschalteinheit der zweite Kanäle mit der Förderpumpe fluidisch verbunden und der erste Kanal von der Förderpumpe fluidisch getrennt. Ein Volumenstrom der Modelliermasse kann hierbei von einem zweiten Fass, welches dem ersten Kanal zugehörig ist, gefördert werden. In der zweiten Schaltstellung kann dann beispielsweise das entleerte erste Fass durch ein mit der Modelliermasse gefülltes Fass ersetzt werden.
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Dies hat den Vorteil, dass ein Volumenstrom erwärmter Modelliermasse unterbrechungsfrei bereitgestellt werden kann.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Roboter entlang einer Linearachse beweglich ist. Beispielsweise ist der Roboter hierzu auf einer linearen Bewegungsvorrichtung montiert, die mittels der Steuereinheit steuerbar ist. Dies erweitert einen Bewegungsraum des Roboters.
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Vorzugsweise umfasst das Applikationssystem zwei Roboter, die jeweils seitlich am Modellgrundkörper jeweils gegenüberliegend angeordnet sind. Entsprechend umfasst das Applikationssystem zwei Fördervorrichtungen und zumindest zwei Applikationswerkzeuge. Hierdurch kann das Fertigen des Modells deutlich beschleunigt werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Applikationssystem eine Haltevorrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, den Modellgrundkörper in Bezug zu einem definierten Punkt zu halten. Insbesondere umfasst die Haltevorrichtung einen mit einem Boden des Applikationssystems fest montierten ersten Verbindungspunkt. Der erste Verbindungspunkt stellt einen örtlichen Bezugspunkt für das Applikationssystem dar, das auf diesen Bezugspunkt kalibriert ist.
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Der Modellgrundkörper kann einen zweiten Verbindungspunkt umfassen, der mit dem ersten Verbindungspunkt verbunden ist. Der zweite Verbindungspunkt kann einen örtlichen Bezugspunkt für den Modellgrundkörper darstellen, der auch in dem Ist-CAD-Modell gegeben ist. Beispielsweise befindet sich der zweite Verbindungspunkt mittig einer Vorderachse des Modellgrundkörpers.
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Durch die Haltevorrichtung kann somit vorteilhaft gewährleistet werden, dass ein örtlicher Bezug zwischen dem Modellgrundkörper und dem Applikationssystem hergestellt werden kann. Somit ist kein Mess- oder Kalibriereinrichtung notwendig.
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Das Applikationssystem kann darüber hinaus eine Abstreifvorrichtung umfassen, die dazu gedacht ist, die Düsenöffnung der Applikationsdüse vor dem Applizieren automatisch an der Abstreifvorrichtung abzustreifen, um einen definierten Anfang der zu applizierenden Modelliermasse zu erhalten. Insbesondere ist die Abstreifvorrichtung ein Blech, wobei an einer Kante des Bleches die Düsenöffnung abgestreift wird.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Applikationssystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Applikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Applikationssystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 3 ein schematische Darstellung eines Applikationswerkzeuges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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Die 1 zeigt eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Applikationssystems 1 zur automatischen Fertigung eines Modells, insbesondere eines Kraftfahrzeugmodells, durch Applizieren einer Modelliermasse auf einen Modellgrundkörper 2, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Das Applikationssystem 1 umfasst eine Steuereinheit 3, welche dazu ausgebildet ist, Steuerungsdaten, bevorzugt abhängig von Applikationsparametern, zu bereitzustellen. Weiter umfasst das Applikationssystem 1 ein Applikationswerkzeug 4, welches dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten einen Applikationsbereich des Modellgrundkörpers 2 zu erwärmen und die Modelliermasse auf den Applikationsbereich des Modellgrundkörper 2 zu applizieren. Darüber hinaus umfasst das Applikationssystem 1 einen Roboter 5, insbesondere einen Roboterarm, welcher mit dem Applikationswerkzeug 4 verbunden und dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten das Applikationswerkzeug 4 entlang des Modellgrundkörpers 2 zu führen, sowie eine beheizbare Fördervorrichtung 6, welche mit dem Applikationswerkzeug 4 verbunden und dazu ausgebildet ist, abhängig von den Steuerungsdaten die Modelliermasse zu dem Applikationswerkzeug 4 zu fördern.
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Das Applikationssystem 1 kann beispielsweise als Applikationsanlage ausgebildet sein, in welche der Modellgrundkörper 2 in einer definierten Position, insbesondere verbunden mit einer Haltevorrichtung der Applikationsanlage, eingebracht werden kann. Jeweils seitlich des Modellgrundkörpers 2, das vorzugsweise einem Kraftfahrzeugmodellgrundkörper entspricht, kann sich jeweils der Roboter 5 befinden, der vorzugsweise als Roboterarm ausgebildet und auf einer linearen Bewegungsvorrichtung 11 zur Bewegung entlang einer linearen Achse montiert sein kann.
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Der Roboter 5, insbesondere ein Roboterarmkopf des Roboters 5, kann vorzugsweise entlang der und um die drei Raumachsen beweglich sein und sich somit entlang jeder möglichen Kontur einer Oberfläche des Modellgrundkörpers 2 bewegen.
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Der Roboter 5, insbesondere der Roboterarmkopf, kann mit dem Applizierwerkzeug 4 mechanisch verbunden sein. Abhängig von den Steuerungsdaten kann die Verbindung mit dem Applizierwerkzeug 4 automatisch getrennt werden, wobei das Applizierwerkzeug 4 an einem vorgesehenen Platz abgelegt werden kann. Abhängig von den Steuerungsdaten kann der Roboter 5 eine mechanische Verbindung mit weiteren Werkzeugen 12, beispielsweise mit anderen Fräswerkzeugen, hergestellt werden. Es können ebenso weitere Applikationsdüsen bereitgestellt sein.
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Das Applikationswerkzeug 4 ist mit der Fördervorrichtung 6, insbesondere mit einem beheizbaren Druckschlauch 7 der Fördervorrichtung 6 verbunden. Der Druckschlauch 7 kann beispielsweise von einem deckengeführten Schienensystem mit einer Federrückzieheinrichtungen gehalten werden, sodass dieser nicht mit dem Modellgrundkörper 5 in Berührung gerät.
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Der Druckschlauch 7 kann beispielsweise mit einer Förderpumpe 8 verbunden sein, die dazu ausgebildet ist, Modelliermasse in den Druckschlauch 7 zu pumpen, sodass die Modelliermasse zum Applikationswerkzeug 4 gefördert wird.
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Die Förderpumpe 8 kann wiederrum über eine Umschalteinheit und Kanäle (nicht gezeigt) mit mehreren Reservoirs 9, 10 an Modelliermasse verbunden sein, wobei die Förderpumpe 8 dazu ausgebildet ist, die Modelliermasse über den jeweiligen Kanal aus den Reservoirs 9, 10 zu fördern. Im gezeigten Beispiel kann die Förderpumpe 8 die Modelliermasse aus einem ersten Fass 9 und/oder einem zweiten Fass 10 fördern und zum Applikationswerkzeug 4 fördern. Die jeweiligen Fässer 9, 10, sowie die Förderpumpe 8 können sich jeweils in einem beheizbaren Vorheizraum 14 befinden, sodass die Modelliermasse auf eine geeignete Temperatur, insbesondere zwischen 50°C und 80°C, erwärmt bzw. warmgehalten werden kann.
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Das Applikationssystem 1, insbesondere das Applikationswerkzeug 4, der Roboter 5 und die Fördervorrichtung 6 können jeweils über die Steuereinheit 3 gesteuert werden. Vorzugsweise kann die Steuereinheit 3 Steuersignale an das Applikationswerkzeug 4, den Roboter 5 und die Fördervorrichtung 6 senden, welche Steuerungsdaten enthalten. Basierend auf den Steuerungsdaten kann das Modell mittels des Applikationssystems 1 gefertigt werden.
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Darüber hinaus kann das Applikationssystem eine Recheneinheit 13 umfassen, die gemeinsam mit der Steuereinheit 3 oder getrennt von der Steuereinheit 3 ausgebildet sein kann.
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Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Applikationssystems 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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In der 3 ist exemplarisch ein schematische Darstellung eines Applikationswerkzeuges 4 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Das Applikationswerkzeug 4 befindet sich hier in einer Position zum Applizieren einer Modelliermasse auf den Modellgrundkörper 2. Das Applikationswerkzeug 4, insbesondere eine Applikationsdüsen 15 des Applikationswerkzeuges kann hier in einem Abstand von wenigen Zentimetern senkrecht über den Modellgrundkörper 2 geführt werden, um auf geeignete Weise Modelliermasse aufbringen können.
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Das Applikationswerkzeug 4 kann beispielsweise eine Applikationseinrichtung 16 umfassen, die ein Applikationsrohr 17 mit der Applikationsdüse 15 aufweist, wobei das Applikationsrohr 17 zum Fördern der Modelliermasse und die Applikationsdüse 15 zum Austretenlassen der Modelliermasse ausgebildet sein kann. Das Applikationswerkzeug 4 kann weiter eine Heißluftströmungseinrichtung 18 mit einer ringförmig um das Applikationsrohr 17 ausgebildeten Austrittseinheit 19 umfassen, durch welche Heißluft zum Erwärmen des Modellgrundkörpers 2 ausströmbar ist, sowie eine Anschlusseinrichtung 20 zum Verbinden der Applikationseinrichtung 16 mit der Fördereinrichtung 6. Das Applikationswerkzeug 4 kann vorzugsweise Schnittstellen 21 aufweisen zur mechanischen Verbindung mit dem Roboter 5, und/oder Schnittstellen zur Versorgung mit Druckluft, sowie elektrische Schnittstellen und Kommunikationsschnittstellen. Des Weiteren kann das Applikationswerkzeug 4, insbesondere die Applikationseinrichtung 15, beheizt sein, sodass die Modelliermasse warmgehalten werden kann.
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Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. In einem bevorzugten ersten Schritt S1 des Verfahrens werden ein Ist-CAD-Modell des Modellgrundkörpers 2 und eines Soll-CAD-Modells des zu fertigenden Modells bereitgestellt. In einem bevorzugten zweiten Schritt S2 werden das Ist-CAD-Modell mit dem Soll-CAD-Modell automatisch verglichen. In einem dritten Schritt S3 werden Applikationsparameter zum Applizieren der Modelliermasse abhängig von dem Vergleich automatisch ermittelt. In einem bevorzugten vierten Schritt S4 werden Steuerungsdaten zur automatischen Fertigung eines Modells abhängig von den Applikationsparametern automatisch erzeugt. In einem fünften Schritt S5 werden die erzeugten Steuerungsdaten zur Fertigung des Modells bereitgestellt. In einem sechsten Schritt S6 wird das Modell abhängig von den Steuerungsdaten automatisch gefertigt. Hierzu werden die drei nachfolgenden Schritte S7 bis S9 zeitlich parallel und koordiniert zueinander automatisch durchgeführt. In dem siebten Schritt S7 wird der Applikationsbereich mittels des Applikationswerkzeuges 4 erwärmt und die Modelliermasse mittels des Applikationswerkzuges 4 auf den Applikationsbereich des Modellgrundkörpers 2 appliziert. In dem achten Schritt S8 wird das Applikationswerkzeug 4 entlang des Modellgrundkörpers 2 mittels des Roboters 5, insbesondere eines Roboterarms, welcher mit dem Applikationswerkzeug 4 verbunden ist, geführt. In dem neunten Schritt S9 wird die Modelliermasse mittels der beheizbaren Fördervorrichtung 6, welche mit dem Applikationswerkzeug 4 verbunden ist, zu dem Applikationswerkzeug 4 gefördert.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Applikationsverfahren und ein Applikationssystem zur automatischen Fertigung eines Modells, insbesondere eines Kraftfahrzeugmodells, durch Applizieren einer Modelliermasse auf einen Modellgrundkörper bereitgestellt werden kann.
