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Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares System zur Ausbildung einer Maschine mit Barriere, die eine Ausbildung der Maschine mit Barriere ausgehend von einem Maschinenmodul und einem Barrieremodul ohne menschlichen Krafteinsatz und vollautomatisch positionsgenau ermöglicht.
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Für eine Vielzahl von Anwendungen müssen Maschinen eine Barriere gegenüber der Umgebung aufweisen, also dass die eigentlichen Produktionsprozesse isoliert von der Außenwelt ablaufen können, beispielsweise unter einer Schutzgasatmosphäre.
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Da diese Barriere von ihrer Struktur her für verschiedene Maschinentypen identisch ausgebildet sein kann, hat es sich für einige Anwendungen als vorteilhaft erwiesen, ein Barrieremodul und mehrere Maschinenmodule bereitzustellen. Dabei wird ein Maschinenmodul entsprechend der Anforderungen ausgewählt und in das Barrieremodul eingeführt bzw. mit diesem verbunden, um eine entsprechend benötigte Maschine mit Barriere auszubilden.
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Wenn zu einem späteren Zeitpunkt eine andere Maschine mit Barriere benötigt wird, wird das bisherige Maschinenmodul von dem Barrieremodul getrennt und entsprechend wird ein anderes verwendet, um eine andere Maschine mit Barriere auszubilden.
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Nachteilig an diesen bisherigen modularen Systemen zur Ausbildung einer Maschine mit Barriere ist, dass das Maschinenmodul mit einer von einem Benutzer bewegten Transporteinrichtung wie einem Hubwagen oder einer Ameise von der Lagerposition zum Barrieremodul transportiert werden muss und dort händisch von einem Benutzer in das Barrieremodul eingeführt und verriegelt werden muss.
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Wird dabei die richtige Position bei Beginn des Einführvorgangs nicht getroffen, kann diese während des Einführens auch nicht korrigiert werden und ferner sind Beschädigungen am Barrieremodul oder Maschinenmodul denkbar.
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Da die entsprechenden Maschinenmodule Maße von mehreren Metern und Gewichte von über einer Tonne aufweisen können, erfordert der Vorgang erhebliche Erfahrung und erhebliche Sorgfalt seitens des Benutzers bzw. der Benutzer, da üblicherweise mehrere Benutzer zusammenarbeiten müssen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes modulares System bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Stands der Technik überwunden sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein modulares System nach Anspruch 1 und/oder eine Fertigungsanlage nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes modulares System zur Ausbildung einer Maschine mit Barriere umfasst dabei: mindestens ein Maschinenmodul; ein Barrieremodul zur Aufnahme des Maschinenmoduls unter Ausbildung einer Maschine mit Barriere; eine Transportvorrichtung zum Bewegen des mindestens einen Maschinenmoduls in das Barrieremodul hinein, aus dem Barrieremodul heraus und von oder zu einer Lagerposition zum Lagern des mindestens einen Maschinenmoduls; ein Sensorsystem zum Erfassen von Positionsdaten über die Position des Maschinenmoduls relativ zum Barrieremodul; und ein Steuersystem ausgelegt, um basierend auf den Positionsdaten die Transportvorrichtung anzusteuern, eines des mindestens einen Maschinenmoduls in das Barrieremodul hinein zu bewegen.
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Dabei bewegt sich die Transportvorrichtung bevorzugt auf einem Boden und entsprechend ist das mindestens eine Maschinenmodul und das Barrieremodul auch auf diesem Boden positioniert, so dass die Transportvorrichtung das Maschinenmodul auf oder über diesen Boden zum Barrieremodul hin bewegen kann.
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Das erfindungsgemäße modulare System kann zwar auch nur ein Maschinenmodul umfassen, ist aber besonders vorteilhaft, wenn es mehrere Maschinenmodule umfasst.
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Es können ebenfalls mehrere Barrieremodule vorgesehen sein, wobei jedoch für viele Anwendungen auch ein Barrieremodul ausreichend ist.
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Durch das erfindungsgemäße modulare System sind die Nachteile des Stands der Technik überwunden, da nunmehr die Transportvorrichtung anhand des Steuersystems automatisch angesteuert werden kann, um von der richtigen Position aus das Maschinenmodul in das Barrieremodul hinein zu bewegen. Dadurch sind einerseits die Anforderungen an die Benutzer reduziert und gleichzeitig das Risiko von Beschädigungen des Barrieremoduls oder des Maschinenmoduls praktisch ausgeschlossen.
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In einer Ausführung kann die Transportvorrichtung auch fest mit dem mindestens einen Maschinenmodul verbunden sein, insbesondere integral mit dem mindestens einen Maschinenmodul ausgestaltet sein. Damit ist gar keine Trennung eines Maschinenmoduls von der Transportvorrichtung beispielsweise an der Lagerposition erforderlich, sondern je nachdem, welches Maschinenmodul erforderlich ist, wird die entsprechende, mit dem Maschinenmodul verbundene Transportvorrichtung aktiviert bzw. angesteuert.
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Insbesondere kann für jedes Maschinenmodul eine solcherweise damit verbundene Transportvorrichtung vorgesehen sein. Es ist aber auch möglich, dass einige Maschinenmodule fest mit entsprechenden Transportvorrichtungen verbunden sind, während andere Maschinenmodule keine Transportvorrichtung aufweisen und entsprechend zum Bewegen immer mit einer Transportvorrichtung gekoppelt werden.
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Entsprechend umfasst bei dieser Variante bevorzugt die Transportvorrichtung und/oder das mindestens eine Maschinenmodul eine Hebevorrichtung, die ausgelegt ist, das Maschinenmodul von der Transportvorrichtung zu trennen.
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Dies kann insbesondere in Form von entsprechenden automatisch oder manuell betätigbaren mechanischen und/oder hydraulischen Stützen sein, die an dem Maschinenmodul und/oder der Transportvorrichtung angebracht sind und durch Ausfahren und/oder Einfahren das Maschinenmodul von der Transportvorrichtung trennen, woraufhin die Transportvorrichtung ohne das Maschinenmodul wegfahren kann.
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Dieselbe Hebevorrichtung zum Trennen kann entsprechend auch genutzt werden, um das mindestens eine Maschinenmodul für die Aufnahme in das Barrieremodul bzw. zur Ausbildung einer Maschine mit Barriere auf eine geeignete Höhe oder Position zu bewegen.
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Mit Höhe ist hier insbesondere die Höhe über dem Boden gemeint, auf dem sich die Transportvorrichtung bewegt bzw. auf dem sie beweglich ist.
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Bevorzugt ist die Transportvorrichtung so ausgebildet, dass sie sich auf einem Boden in drei Freiheitsgraden bewegen kann bzw. beweglich ist. Diese drei Freiheitsgrade könnten zum Beispiel zwei zum Boden parallele und zueinander orthogonale Richtungen sein sowie eine Rotationsachse mit Rotationsrichtung senkrecht zum Boden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Transportvorrichtung Mecanum-Räder, welche eine solche Beweglichkeit in drei Freiheitsgraden besonders leicht realisierbar machen. In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Transportsystem auf diese Weise hergestellt.
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Bevorzugt sind an der Lagerposition und/oder dem Barrieremodul Halterungselemente angeordnet, um das mindestens eine Maschinenmodul zu halten. Diese Halterungselemente können insbesondere eine Verriegelung bewirken.
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Es gibt grundsätzlich eine Vielzahl an Möglichkeiten der Spurführung. Hierfür ist insbesondere jedes System geeignet, mit dem bezüglich des räumlich im Allgemeinen fest vorgegeben Barrieremoduls die Relativposition des Maschinenmoduls oder der Transportvorrichtung möglich ist.
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Eine Möglichkeit ist die Spurführung mittels Leitlinien und/oder Rasternavigation; dabei sind Leitlinien in irgendeiner Form auf/am/im Boden angeordnet und das Maschinenmodul und/oder die Transportvorrichtung umfassend Sensoren, die diese Leitlinien detektieren können.
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Dabei kann die Bewegung einerseits entlang der Leitlinie erfolgen, also dass der Sensor die Leitlinie ununterbrochen erfasst; und/oder die Bewegung kann auch von einer Leitlinie zur nächsten erfolgen und anhand der Zahl der überschrittenen Leitlinien und der seit der letzten Leitlinie zurückgelegten Strecke wird die genaue Position bestimmt.
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Eine weitere Möglichkeit ist die Spurführung mittels eines Signals ausgehend von dem Maschinenmodul oder der Transportvorrichtung. Dies könnte beispielsweise eine optische Markierung, aber auch ein elektromagnetisches oder optisch aktives Signal, beispielsweise ein Laser. Die Markierung oder das Signal wird von entsprechenden Sensoren registriert, womit die Position bestimmbar ist.
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Diese Sensoren können entfernt von Maschinenmodul und/oder Transportvorrichtung angeordnet sein. Sie können aber auch daran angeordnet sein, wenn das Signal durch etwas in der Umgebung reflektiert wird. Beispielsweise könnte im Falle des Laser geeignete Spiegel angeordnet sein und der oder die Sensoren zum Erkennen des Lasersignals ebenfalls an Maschinenmodul und/oder Transportvorrichtung.
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Rein technisch wäre natürlich auch die Verwendung von akustischen oder elektromagnetischen Wellen beispielsweise Ultraschall möglich, die sowieso von üblichen Inneneinrichtungen von Fertigungshallen reflektiert werden.
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Für das Sensorsystem ist eine bevorzugte Lösung die Anordnung mindestens einer Induktionsschleife als Teil des Sensorsystems und eines an der Transportvorrichtung angeordneten Sensors zur Erfassung der mindestens einen Induktionsschleife ebenfalls als Teil des Sensorsystems.
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Die Induktionsschleife kann dabei vorteilhafterweise auf einem Boden angeordnet werden, auf dem sich die Transportvorrichtung bewegt. Der Sensor ist bevorzugt ein magnetischer oder ein elektromagnetischer Sensor.
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Da die Induktionsschleife relativ zum Barrieremodul und zu der oder den Lagerpositionen in bekannter Weise fest positioniert ist, ergibt sich aus der Position der Transportvorrichtung relativ zu der Induktionsschleife die Position des transportierten Maschinenmoduls relativ zur Lagerposition und zum Barrieremodul. Damit kann ein entsprechend präzises Einführen in das Barrieremodul und die präzise Bewegung der Transportvorrichtung insgesamt realisiert werden.
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Alternativ wäre es natürlich möglich, eine Induktionsschleife an der Transportvorrichtung vorzusehen und entsprechende Sensoren am Boden. Jedoch sind die Sensoren im Allgemeinen die teurere Komponente.
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Anstatt am Transportsystem kann entsprechend der Sensor bzw. eine Induktionsschleife auch an dem Maschinenmodul angeordnet sein, da damit ja ebenfalls die relative Position des Maschinenmoduls zum Barrieremodul ermittelbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorsystem auch mindestens eine Kamera umfassen und es können optisch Markierungen so angeordnet sein, dass das Steuersystem anhand der Kameradaten die relative Position der Markierungen zur mindestens einen Kamera bestimmen kann.
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Wenn dann entweder die mindestens eine Kamera und/oder die optischen Markierungen an der Transportvorrichtung bzw. dem Maschinenmodul angeordnet sind, kann die relative Position des Maschinenmoduls zum Barrieremodul bestimmt werden, sofern das andere von Kamera oder optischen Markierungen relativ zum Barrieremodul fest im Raum angeordnet ist.
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Dabei können die optischen Markierungen auch Elemente sein, die eigentlich eine hauptsächlich andere technische Funktion haben, beispielsweise eine am Maschinenmodul angeordnete Hebevorrichtung, eine Einführöffnung des Barrieremoduls oder jegliche andere Komponente, die mittels elektronischer Bildverarbeitung automatisch identifizierbar ist.
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Besonders bevorzugt ist eine Kamera an der Transportvorrichtung angeordnet sowie optische Markierungen am Boden. Alternativ können auch optische Markierungen an der Transportvorrichtung angebracht sein und zwei oder mehr Kameras auf den gesamten Bewegungsbereich der Transportvorrichtung gerichtet sein, so dass anhand dieser Kamerabilder die Position der Transportvorrichtung relativ zum Barrieremodul immer bekannt ist.
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Bevorzugt umfasst das modulare System eine Bedienvorrichtung, die ausgelegt ist, so dass ein Benutzer durch Betätigung von Bedienelementen der Bedienvorrichtung vollautomatisch ein Bewegen des mindestens einen Maschinenmoduls in das Barrieremodul hinein oder heraus bewirken kann. Bevorzugt kann der Benutzer in gleicher Weise allerdings mit anderen Bedienelementen oder anderen Bedienbefehlen das Auswechseln eines in dem Barrieremodul befindlichen Maschinenmoduls mit einem anderen ausgewählten Maschinenmodul bewirken. Ebenfalls bevorzugt kann ein Positionieren eines Maschinenmoduls an einer Lagerposition bewirkt werden.
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Die entsprechende Bedienvorrichtung kann insbesondere auch ein Computer sein, der entsprechend programmiert wurde.
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Besonders effizient kann das erfindungsgemäße modulare System eingesetzt werden, indem eine ganze Fertigungsanlage vorgesehen ist mit mindestens einem erfindungsgemäßen modularen System und mindestens zwei Barrieremodulen. Damit können flexibel zwei oder mehr Maschinen mit Barriere entsprechend der gerade benötigten Art für die Fertigungsanlage bereitgestellt werden.
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Eine solche Fertigungsanlage kann insbesondere auch mehrere Transportsysteme vorsehen, die entweder jeweils ihren eigenen Bewegungsbereich haben, in dem sie Maschinenmodule transportieren und mit Barrieremodulen verbinden, wobei entsprechende Übergabestellen von einem Bewegungsbereich der einen Transportvorrichtung in den Bewegungsbereich einer anderen Transportvorrichtung zur Übergabe von Maschinenmodulen vorgesehen sind.
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Alternativ kann sich auch der Bewegungsbereich der Transportvorrichtung teilweise oder vollständig überlappen, so dass eine Transportvorrichtung mit einem Maschinenmodul auch ein Barrieremodul und/oder eine Lagerposition anfahren kann, die auch von einer anderen Transportvorrichtung angefahren werden kann. Entsprechend ist dann das Steuersystem so ausgelegt, dass Kollisionen vermieden werden.
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In beiden Fällen kann ein Steuersystem zur Steuerung aller Transportvorrichtungen vorgesehen sein oder auch für jede Transportvorrichtung ein eigenes Steuersystem, die bevorzugt miteinander kommunizieren.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus den anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. In den Zeichnungen zeigt:
- 1 in einer schematischen Draufsicht ein erfindungsgemäßes modulares System mit einer von den Maschinenmodulen getrennten Transportvorrichtung; und
- 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes modulares System mit mit den Maschinenmodulen verbundenen Transportvorrichtungen.
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Das erfindungsgemäße modulare System umfasst wie in 1 gezeigt ein Barrieremodul 12 sowie mehrere, hier vier, Maschinenmodule 14. Diese Maschinenmodule 14 können in das Barrieremodul 12 eingeführt werden, um eine Maschine mit Barriere auszubilden.
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Dabei handelt es sich bevorzugt um vier verschiedene Maschinenmodule 14, so dass mit dem modularen System vier verschiedene Maschinen mit Barriere ausgebildet werden können.
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Auf dem Boden unterhalb der Maschinenmodule 14 und des Barrieremoduls 12 sind Induktionsschleifen 16 angeordnet. Diese verlaufen jeweils vom Maschinenmodul 14 und vom Barrieremodul 12 bis zu einem mittleren Bereich, in den die Induktionsschleifen 16 in einer Raumrichtung überlappend sind, bezogen auf 1 in vertikaler Richtung.
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Dabei verlaufen die Induktionsschleifen 16 relativ zu den Maschinenmodulen 14 und dem Barrieremodul 12 gleichartig, so dass die Induktionsschleife 16 bei einem Maschinenmodul an der Lagerposition an der Stelle beginnt, die der Position des Maschinenmoduls 14 in dem Barrieremodul 12 kurz vor Ausbildung der Maschine mit Barriere entspricht. Die Lagerpositionen sind in 1 nicht gesondert gekennzeichnet, da sie entsprechend die Positionen sind, die die Maschinenmodule 14 in 1 einnehmen. Ebenfalls ist festzuhalten, dass sich die Induktionsschleifen 16 in nicht sichtbarer Weise teilweise unter das Barrieremodul 12 und die Maschinenmodule 14 erstrecken. Die gestrichelte Linie beim Barrieremodul 12 an der linken Seite deutet an, dass das Barrieremodul 12 hier eine Öffnung zur Aufnahme eines Maschinenmoduls 14 aufweist.
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Erfindungsgemäß ist die Transportvorrichtung 18 vorgesehen, die über mehrere relativ zueinander drehbare Räder 18a, insbesondere vom Mecanum-Typ, verfügt. Diese sind insbesondere auch bei gegenüberliegenden Rädern zueinander beliebig drehbar, so dass sich beispielsweise das Rad 18a am Ende des Bezugszeichenstrichs in anderer Richtung drehen kann als das auf der anderen Seite der Transportvorrichtung 18 gegenüberliegende Rad 18a. Dadurch ist eine vollständige Beweglichkeit der Transportvorrichtung 18 in drei Freiheitsgraden sichergestellt. Insbesondere kann sich die Transportvorrichtung 18 drehen sowie bezogen auf 1 in Links-/ Rechtsrichtung als auch Oben-/Untenrichtung bewegen.
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Die Transportvorrichtung 18 verfügt ebenfalls über einen elektromagnetischen Sensor 18b, der die Induktionsschleifen 16 erfassen kann.
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Zum Ausbilden einer Maschine mit Barriere wird die Transportvorrichtung 18 von einem Steuersystem angesteuert, sich soweit zu bewegen, dass es wie gezeigt passend auf der Induktionsschleife 16 positioniert ist, die zur Lagerposition des gewünschten Maschinenmoduls gehört. Dann wird die Transportvorrichtung 18 bezogen auf 1 nach links verfahren, koppelt mit dem Maschinenmodul 14 links unten, verfährt mit dem Maschinenmodul 14 zu der in 1 gezeigten mittigen Position, fährt daraufhin in Bezug auf 1 nach oben, bis die Induktionsschleife 16 des Barrieremoduls 12 relativ zu der Transportvorrichtung 18 an gleicher Stelle vom Sensor 18b erfasst wird, wie zuvor die Induktionsschleife 16 der Lagerposition links unten, und anschließend verfährt die Transportvorrichtung 18 das mitgeführte Maschinenmodul 14 in genau richtiger Weise in das Barrieremodul 12 hinein.
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Damit kann ohne Risiko einer Kollision und ohne körperlichen Einsatz eines Benutzers eine Maschine mit Barriere der gewünschten Art ausgebildet werden.
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Wird dann eine andere Maschine mit Barriere benötigt, fährt die Transportvorrichtung 18 in gleicher Weise das bisherige Maschinenmodul 14 aus dem Barrieremodul 12 heraus, verfährt es zu seiner Lagerposition links unten und transportiert in gleicher Weise ein entsprechend anderes Maschinenmodul 14 in das Barrieremodul 12, um eine andere Maschine mit Barriere auszubilden.
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Dies kann natürlich auch eine technisch gleiche Maschine mit Barriere sein, was dann sinnvoll ist, wenn das eine Maschinenmodul 14 beispielsweise zu Wartungszwecken herausgefahren werden muss und mithilfe des gleichartigen anderen Maschinenmoduls 14 weiterhin eine gleichartige Maschine mit Barriere bereitgestellt wird.
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Das erfindungsgemäße modulare System nach 2 unterscheidet sich von dem System nach 1 nur dadurch, dass die Maschinenmodule 14 fest mit jeweils einer Transportvorrichtung umfassend Räder 14a und einen Sensor 14b verbunden sind. Damit wird das Koppeln und Entkoppeln von Transportvorrichtung 18 und Maschinenmodul 14 aus 1 vermieden.
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Dies jedoch mit dem Nachteil, dass mehrere Transportvorrichtungen vorgesehen werden müssen.
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Ansonsten gleicht das modulare System 10 aus 2 dem modularen System 10 aus 1.
