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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur In-Prozessmessung von zumindest einem Prozessparameter und zumindest einer Bauteileigenschaft bei der Herstellung von Hohlprofilen sowie eine Messvorrichtung hierfür.
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Bei der Herstellung von Hohlprofilen im Strangpressverfahren oder speziell von FVK-Profilen (FVK = Faserverbundkunststoff) im Pultrusionsverfahren besitzen die Prozessparameter (wie zum Beispiel Werkzeugtemperatur, Ziehgeschwindigkeit, Faser- und Harzzuführung) im Herstellungsverfahren einen maßgeblichen Einfluss auf die technischen Eigenschaften der Profile. Herstellungsverfahren können beispielsweise das Pultrusionsverfahren, das Strangpressen von Metall(-legierungen) oder die Extrusion sein. Durch Messung relevanter Parameter und Rückführung der Informationen als Stellgröße in eine prozessintegrierte Steuer- oder Regelstrecke kann beispielsweise der Pultrusionsprozess auf die gewünschten Profileigenschaften und Toleranzen eingestellt oder geregelt werden. Aus dem Stand der Technik sind bereits erste Ansätze bekannt, in welchen während des Herstellungsprozesses begleitende Maßnahmen vorgesehen werden.
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So ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 198 05 584 A1 ein System und Verfahren zur Materialprüfung von Werkstoffen, sowie ein Werkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung als bekannt zu entnehmen. Dabei werden Sensoren in den Werkstoff direkt integriert. Die Sensoren können Energie aufnehmen und Materialinformationen an eine externe Auswerteeinheit senden. Das System umfasst dabei entsprechend eine Anregungseinheit sowie eine Auswertestufe zur Auswertung der Signale. In dem Verfahren wird sinngemäß erst Energie in den Werkstoff eingebracht und anschließend werden die Antwortsignale ausgewertet, wobei die Antwortsignale vom Zustand des Materials abhängig sind. Eine strikte Trennung aller Komponenten der Messvorrichtung von dem zu messenden Werkstoff ist nicht vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2007 059 865 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers durch schichtweises Aufbauen aus pulverförmigem, metallischen Werkstoff als bekannt zu entnehmen. Dabei werden zur Herstellung eines Formkörpers schichtweise nacheinander mehrere Schichten von einem pulverförmigen, metallischen Werkstoff übereinander gebracht. Die Schichten werden partiell mit einem Hochenergiestrahl aufgeschmolzen, sodass sich besagter Formkörper herstellen lässt. Zur Erzielung definierter Kennwerte wird der Werkstoff dabei lokal metallurgisch beeinflusst. Eine Messung von Prozessparametern beschränkt sich dabei beispielsweise lediglich auf die Einstellmöglichkeiten des Hochenergiestrahls. Der Einsatz einer gesonderten Messvorrichtung ist nicht vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2014 200 955 A1 ist ein Verfahren und ein System als bekannt zu entnehmen, wobei die Erfassung von lokalen Temperaturen eines in einem Presswerkzeug angeordneten Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff im Fokus steht. Dabei wird innerhalb des Bauteils selbst eine Sensoranordnung derart angeordnet, sodass eine Temperaturmessung zumindest von einem Abschnitt des Bauteils ermöglicht wird. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass die Sensoranordnung dabei stofflich in das Bauteil eingegliedert wird und dort auch verbleibt. Die Messungen anderer Prozessparameter ist nicht vorgesehen.
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Die vorgestellten Lösungen sind entweder nur mit speziell präparierten Werkstoffen anzuwenden oder ermöglichen nur bedingt eine effiziente Messung von einer Vielzahl von Prozessparametern, da meist nur ein bestimmter Prozessparameter im Fokus steht. Zudem können häufig Temperaturen und Temperverläufe bisher nur von außen gemessen werden. Temperaturen auf der Innenseite und im Inneren von Hohlprofilen können bisher nicht gemessen werden. Geometrische Toleranzen, wie Wandstärken und Seitenabstände von Hohlprofilen, können bisher erst nach dem Ablängen, das heißt nach dem Durchtrennen des kontinuierlichen Profils, gemessen werden. Eine Echtzeitregelung des Prozesses ist damit nicht möglich. Die Beschaffenheit der innenliegenden Oberfläche sowie die Faserverläufe innerhalb des Profils können ebenfalls erst gemessen werden, nachdem das Profil abgetrennt wurde und so ein Zugang zur Innenseite des Profils entsteht. Wenn nun die Prozessparameter beispielsweise eines Pultrusionsprozesses durch Messen der Toleranzen und technischen Eigenschaften bereits gefertigter Profile angepasst oder optimiert werden sollen, ist dieses bisher nur durch Abtrennen und Untersuchen des kontinuierlichen Profils möglich. Dieses Vorgehen ist in der Regel mit viel Aufwand und Zeit verbunden, sodass der Anlauf neuer Pultrusionsprozesse mit langen Anlaufzeiten und hohen Ausschussraten verbunden sind. Eine Echtzeitüberwachung des Produktionsprozesses ist bisher nicht möglich.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Messvorrichtung bereitzustellen, sodass eine effiziente Messung und Aufzeichnung von einer Vielzahl von prozesstechnischen Parametern sowie den Profileigenschaften von Hohlprofilen während der Herstellung ermöglicht wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Prozessparameter und/oder zumindest einer Qualitätskenngröße des herzustellenden Profils bei der Herstellung von Hohlprofilen bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen zumindest einer Messvorrichtung, Messen von dem zumindest einen Prozessparameter und/oder zumindest einer Qualitätskenngröße des herzustellenden Profils mittels der zumindest einen Messvorrichtung, wobei das Messen des zumindest einen Prozessparameters während eines Herstellungsprozesses des herzustellenden Hohlprofils in Echtzeit durchgeführt wird und der zumindest eine Prozessparameter als zumindest eine Stellgröße für eine Steuerung und/oder Regelung des Herstellprozess an eine Steuereinheit des Herstellprozesses bereitgestellt wird. Auf diese Weise können wichtige Prozessparameter und Profileigenschaften simultan zur Fertigung gemessen werden. Dadurch kann der Prozess in Echtzeit optimiert werden, da die nötigen Informationen in der Steuerung vorliegen. Die gemessenen Daten können als Stellwert für einen prozessintegrierte Regelkreis zur Optimierung des Prozesses verwendet werden. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Messung von Prozessparametern bei der Herstellung von Hohlprofilen, wie zum Beispiel einem Temperatur-(Verlauf) an den Profilinnenseiten, Toleranzen der Wandstärken sowie den Verlauf der Fasern im Profil. Anders gesagt, ist es also möglich, Temperaturen und Temperaturverläufe innerhalb beispielsweise eines Pultrusionsprofils zu messen. Auch können die Wandstärken und die inneren Seitenabstände der Hohlprofile gemessen werden. Zudem kann die Beschaffenheit der innenliegenden Oberflächen von Hohlprofilen gemessen werden. Es können auch die Faserverläufe innerhalb des Profils gemessen werden. Es ist somit mittels des Verfahrens möglich, eine prozessintegrierte Messung von produktionstechnischen Parametern, beispielsweise eines Pultrusionsprofils, mit einer erfindungsgemäßen mitlaufenden oder stationären Messsonde beziehungsweise einer Messvorrichtung in Echtzeit durchzuführen.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Messvorrichtung zumindest teilweise innerhalb des herzustellenden Hohlprofils angeordnet wird und zumindest eine Führungsvorrichtung aufweist, sodass die Messvorrichtung zumindest teilweise innerhalb des herzustellenden Hohlprofils bewegbar und/oder statisch angeordnet wird und wobei der zumindest eine Prozessparameter kontinuierlich mittels der Steuereinheit aufgezeichnet wird. Somit können Prozessparameter innerhalb des herzustellenden Hohlprofils direkt gemessen werden, sodass eine genauere Bestimmung der Messergebnisse ermöglicht wird. Beim Mitführen beziehungsweise in statischer Position der Messvorrichtung, welche beispielsweise eine Sonde sein kann, können jeweilige Prozessparameter über die gesamte Prozessstrecke gemessen werden. Als Prozessstrecke kann beispielsweise die Strecke vom Werkzeug über eine Ziehvorrichtung bis zu einer Ablängeinheit bezeichnet werden. Wenn die Messvorrichtung beziehungsweise die Sonde gebremst wird und statisch in Relation zum Werkzeug des Herstellprozesses verweilt, kann der jeweilige Prozessparameter an einer Stelle des Prozesses gemessen werden. So kann zum Beispiel die Auswirkung des jeweiligen Prozessparameters im Werkzeug direkt an einer bestimmten Stelle gemessen werden. Durch das kontinuierliche Aufzeichnen der Prozessparameter können die Profileigenschaften zum Beispiel bei späteren Untersuchungen den jeweiligen Prozessbedingungen zugeordnet werden und so die technischen Eigenschaften der Profile optimiert werden. Mit anderen Worten können somit also wichtige Prozessparameter und Profileigenschaften simultan zur Fertigung gemessen und aufgezeichnet werden. Dadurch kann der Prozess in Echtzeit optimiert werden. Auch können über die aufgezeichneten Daten zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise nach der Durchführung einer mechanischen Zugprüfung, die technischen Eigenschaften der hergestellten Profile mit den jeweiligen Prozesseigenschaften abgeglichen werden. Es ist also möglich, eine Messung und eine Aufzeichnung von prozesstechnischen Parametern sowie den Profileigenschaften von Hohlprofilen bei der Herstellung beispielsweise im Pultrusionsverfahren durchzuführen. Dabei erfolgt die Messung simultan zur Produktion. Die gemessenen und aufgezeichneten Daten sollen als Stellwert für eine prozessintegrierte Steuer- oder Regelstrecke zur Optimierung des Prozesses verwendet werden.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die innerhalb des Hohlprofils anteilige Messvorrichtung längenvariabel mittels einer Anbindungsvorrichtung an zumindest einer Werkzeugkomponente zur Herstellung der Hohlprofile angeordnet ist, wobei die Werkzeugkomponente ebenfalls zumindest teilweise innerhalb des Hohlprofils angeordnet ist. Die Messvorrichtung kann beispielsweise eine Sonde sein und die Werkzeugkomponente kann beispielsweise ein Dorn des Werkzeugs sein. Die Messvorrichtung kann auch gekoppelt beziehungsweise entsprechend an der Werkzeugkomponente über die Anbindungsvorrichtung befestigt sein. Die Anbindungsvorrichtung kann dabei derart ausgelegt sein, dass für eine Anordnung beziehungsweise Kopplung oder Befestigung entsprechende Komponenten vorhanden sind, um eine zuverlässige Umsetzung des Konzepts zu gewährleisten. Als ein mögliches Grundkonzept des Verfahrens wird somit eine Sonde betrachtet, welche durch eine längenvariable Anbindung am Dorn des Werkzeugs befestigt ist und sich während des Herstellungsverfahrens, beispielsweise eines Pultrusionsprozesses, innerhalb des Profils befindet. Die Anbindungsvorrichtung dient dabei sowohl zur Positionierung der Messvorrichtung beziehungsweise der Sonde innerhalb des Profils, als auch zur Energieversorgung und Übertragung von Messdaten. Dafür wird die Sonde zu Beginn des Prozesses (oder wenn keine Messungen durchgeführt wird) am Ende des Dorns befestigt. Nach Lösen der Verbindung wird die Sonde durch die Reibung an der Profilinnenseite im Profil mitgeführt. Durch das Bremsen der Anbindung kann die Sonde an einer festen Position relativ zum Werkzeug gehalten werden. Erfolgt das Bremsen nicht, verbleibt die Sonde in statischer Lage relativ zum Profil und wird weiter mitgeführt. Somit kann also beim Mitführen beziehungsweise in statischer Position der Sonde zum Profil ein jeweiliger Prozessparameter über die gesamte Prozessstrecke aufgezeichnet werden. Wird die Sonde gebremst und verweilt statisch in Relation zum Werkzeug, kann der momentane Prozessparameter an einer Stelle des Prozesses gemessen werden. So kann zum Beispiel die Auswirkung eines Prozessparameters im Werkzeug direkt an einer bestimmten Stelle gemessen werden.
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Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Messvorrichtung zumindest einen Temperatursensor zur Rastermessung und/oder zumindest einen Temperatursensor zur Punktmessung umfasst. Je nach Anforderungen können unterschiedliche Sensortypen in die jeweilige Sonde integriert werden. Mit dem Temperatursensor zur Rastermessung (beziehungsweise eines Rastermessbereichs) kann eine Temperaturverteilung auf der Innenseite des herzustellenden Profils gemessen werden. Auch kann ein Sensor mit einem größeren Temperaturmessbereich und höherer Auflösung verwendet werden, wobei dann allerdings nur in einem Punktmessbereich gemessen wird. Generell kann somit ein Temperaturverlauf über die gesamte Prozessstrecke gemessen beziehungsweise aufgezeichnet werden. Beispielsweise können Temperaturen und Temperaturverläufe innerhalb eines Pultrusionsprofils gemessen werden.
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Des Weiteren ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Messvorrichtung zumindest eine Messkomponente zur Messung einer Profilinnengeometrie des herzustellenden Hohlprofils umfasst. Zur Messung der Profilinnengeometrie können je nach Anforderungen ebenfalls unterschiedliche Sensoren eingesetzt werden. In einfachster Ausführung kann dabei auch lediglich ein Schichtdickenmessgerät eingesetzt werden. Auch ist es vorstellbar, dass die Messvorrichtung einen Laserdistanzsensor als Messkomponente umfasst, sodass ein Profilinnenseitenabstand gemessen werden kann. So ein Laserdistanzsensor kann beispielsweise auf der Kopfseite der Messvorrichtung in Bewegungsrichtung beziehungsweise gegenüberliegend von der Anbindungsvorrichtung vorgesehen sein. Es sind aber auch andere Verortungen so eines Laserdistanzsensors vorstellbar. Auch kann die Messkomponente ein Federelement sein, welches beispielsweise zumindest teilweise aus Metall beschaffen sein kann. So ein Metall-Federelement kann ebenfalls beispielsweise an einer Kopfseite der Messvorrichtung beziehungsweise der Sonde angeordnet sein, wobei jeweilige Enden von dem Federelement jeweils in Kontakt mit einer Innenseite eines herzustellenden Hohlprofils gebracht werden. Beispielsweise können dabei zumindest zwei Enden beziehungsweise Endbereiche solch eines Federelements beziehungsweise Metall-Federelements vorgesehen sein. Generell kann über die Integration solcher Komponenten beziehungsweise spezieller Sonden eine geometrische Vermessung zuverlässig in Echtzeit simultan zum Prozess durchgeführt werden.
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Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest eine Messvorrichtung zumindest ein Messsystem zum Messen eines Faserverlaufs im herzustellenden Hohlprofil umfasst. Somit kann in Echtzeit der Faserverlauf des herzustellenden Hohlprofils zuverlässig ermittelt und aufgezeichnet werden.
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Es ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Messsystem zumindest eine Licht- und/oder elektromagnetische Strahlenleiste, welche ausgelegt ist, gepulste oder kontinuierliche Stahlen abzugeben, und zumindest eine optische Sensorvorrichtung umfasst. Somit ist auf einfache und zuverlässige Weise eine Messung des Faserverlaufs möglich. Die von der Strahlenleiste ausgesendeten gepulsten oder kontinuierlichen Strahlen werden dabei letztendlich in einem möglichen Endpunkt eines Strahlenwegs von der zumindest einen optischen Sensorvorrichtung detektiert, sodass hier eine entsprechende Messung über den Faserverlauf gewährleistet werden kann. Die Strahlenleiste kann dabei beispielsweise aus verschiedenen einzelnen Strahlenelementen zusammengesetzt sein, welche zusammengenommen dann eine entsprechende gebündelte Strahlung aussenden können.
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Auch ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Messsystem zumindest eine Licht- und/oder elektromagnetische Strahlenleiste mit zumindest einem Strahlenelement, welche ausgelegt ist, gepulste oder kontinuierliche Stahlen abzugeben, und zumindest eine optische Sensorvorrichtung umfasst, wobei die zumindest eine optische Sensorvorrichtung außerhalb des herzustellenden Hohlprofils angeordnet wird und ausgelegt ist, durchstrahlende Strahlen von der zumindest einen Strahlenleiste zu detektieren. Somit kann das herzustellende Profil durch Komponenten der Messvorrichtung von der Innenseite beispielsweise kontinuierlich bestrahlt werden. Mit einer optischen Bilderkennung kann über das durchstrahlende Licht von der Außenseite der Faserverlauf aufgezeichnet werden. Es ist also ein Messen mit kontinuierlicher Bestrahlung und optischer Bilderkennung möglich, sodass eine Aussage über den Faserverlauf in Echtzeit gewährleistet werden kann. Auch können die einzelnen Strahlenelemente beziehungsweisen Strahlenquellen gepulst aktiviert werden. Somit ist ein Messen etwa mit gepulster Bestrahlung und optischer Bilderkennung möglich. Generell lässt sich somit in Echtzeit ein zuverlässiges Messen des Faserverlaufs des herzustellenden Profils simultan zur Produktion bereitstellen.
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Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zumindest eine Messsystem zumindest eine Licht- und/oder elektromagnetische Strahlenleiste mit zumindest einem Strahlenelement, welche ausgelegt ist, zeitversetzt nacheinander von dem zumindest einem Strahlenelement gepulste oder kontinuierliche Stahlen abzugeben, und zumindest eine optische Sensorvorrichtung umfasst, wobei die zumindest eine Strahlenleiste mit dem zumindest einen Strahlenelement optional mittels einer Abschirmvorrichtung zumindest teilweise abschirmbar ist und wobei die zumindest eine optische Sensorvorrichtung bewegbar außerhalb des herzustellenden Hohlprofils angeordnet wird und ausgelegt ist, durchstrahlende Strahlen von der zumindest einen Strahlenleiste zu detektieren, wobei die detektierten Strahlen mittels einer Berechnungsvorrichtung verarbeitet werden, sodass zumindest eine Information über den Faserverlauf des herzustellenden Hohlprofils generiert wird. Bei dieser Variante werden beispielsweise die einzelnen Strahlenquellen nacheinander aktiviert. Die optische Erfassung erfolgt dann von einem beweglichen Sensor, welcher sich vor jedem Strahlenblitz über der Quelle positioniert. Optional können sich auch entsprechend mehrere Sensoren positionieren. Optional wird der Bereich über der Strahlenquelle abgeschirmt, sodass nur das eingekoppelte Licht in der Umgebung der Strahlenquelle vom Sensor erfasst wird. Die Einzelbilder der Strahlenquellenumgebung werden dann von einer Berechnungsvorrichtung beziehungsweise einer integrierten Software in dieser Vorrichtung zu einem Bild zusammengesetzt. Es ist somit eine Messung mit beispielsweise gepulster Bestrahlung und optischer Bilderkennung möglich. Alternativ könnte auch die Messung des Faserverlaufs mit gepulster Bestrahlung und ohne Bilderkennung stattfinden. Bei dieser Variante kann die Messung von außen oder direkt in der Sonde integriert durchgeführt werden. Hier werden ebenfalls gepulste Strahlen in das Profil geleitet. Für dieses Prinzip dienen entweder Fasern, beispielsweise Glasfasern oder generell eine Harzmatrix, als Licht- beziehungsweise Strahlensensoren, welche die Strahlenverteilung im Profilquerschnitt erfassen. Aus der Information, welche Strahlenquelle gepulst wurde und welche Strahlenverteilung gemessen wurde, kann der Faserverlauf innerhalb des Profils berechnet werden. Wenn bekannt ist, welche Lichtdurchlässigkeit ein Profil bei einem Faservolumenanteil von 0 % hat sowie bei einem maximalen Anteil kann über die gemessene Profilstärke und der Lichtdurchlässigkeit an einer bestimmten Stelle der Faservolumengehalt bestimmt werden. Es ist also somit auch möglich, mittels des vorgestellten Verfahrens eine Messung des Faservolumengehalts in Echtzeit bereitzustellen, wobei die vorgestellten Varianten die dafür nötigen Schritte bereits entsprechend vorsehen.
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Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass eine Messvorrichtung zur Messung von zumindest einem Prozessparameter bei der Herstellung von Hohlprofilen bereitgestellt wird, welche für das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 verwendbar ist. Die Messvorrichtung umfasst dabei zumindest einen Temperatursensor zur Rastermessung und/oder zumindest einen Temperatursensor zur Punktmessung und/oder zumindest eine Messkomponente zur Messung einer Profilinnengeometrie des herzustellenden Hohlprofils und/oder zumindest ein Messsystem zum Messen eines Faserverlaufs im herzustellenden Hohlprofil und zumindest eine Anbindungsvorrichtung und zumindest eine Führungsvorrichtung. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit zutreffend auch für die vorgestellte Messvorrichtung.
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Allgemein kann die vorgestellte Erfindung zur prozessintegrierten Qualitätskontrolle, beispielsweise von Pultrusionsprofilen, aber auch für andere Hohlprofile, verwendet werden. Die Anlaufzeit von neuen Prozessen kann durch die simultane Messung und Rückführung von Informationen an eine Stell- oder Regelstrecke verringert werden. Dies führt zu einer höheren Produktionsflexibilität und erhöht die Wirtschaftlichkeit durch einen geringeren Ausschuss. Beispielsweise können im Bereich der Forschung durch das kontinuierliche Aufzeichnen der Prozessparameter die Profileigenschaften bei späteren Untersuchungen den jeweiligen Prozessbedingungen zugeordnet werden und so die technischen Eigenschaften der Profile optimiert werden.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Pultrusionswerkzeugs in Betrieb im Sinne des vorgestellten Verfahrens;
- 2A eine perspektivische Skizze einer Messvorrichtung;
- 2B eine perspektivische Skizze einer weiteren Messvorrichtung;
- 3 eine schematische Schnittansicht einer Messvorrichtung innerhalb eines herzustellenden Hohlprofils;
- 4 eine perspektivische Skizze einer weiteren Messvorrichtung;
- 5 eine perspektivische Anwendungsskizze einer weiteren Messvorrichtung während des Herstellungsprozesses;
- 6 eine perspektivische Anwendungsskizze einer alternativen Messmethode während des Herstellungsprozesses.
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1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Pultrusionswerkzeugs 10 in Betrieb im Sinne des vorgestellten Verfahrens. Zur Herstellung eines Hohlprofils 12 kann beispielsweise das Pultrusionswerkzeug 10 eingesetzt werden. Im Sinne des vorgestellten Verfahrens sind aber auch jegliche alternative, nicht gezeigte Vorrichtungen zur Herstellung allgemein von Hohlprofilen 12 denkbar. Das gezeigte Pultrusionswerkzeug 10 weist eine Werkzeugkomponente 14 auf, wobei diese Werkzeugkomponente 14 beispielsweise ein Dorn sein kann. Bezogen auf die Bildebene ist links von dem Dorn die Zuführung 16 von infiltrierten Fasern zu erkennen. Das Material wird über die Zuführung 16 in das Pultrusionswerkzeug 10 eingeführt, wobei die Werkzeugkomponente 14 in Form eines Dorns entsprechend unterstützend ein herzustellendes Hohlprofil 12 formt. Am rechten Randbereich des Dorns ist eine Anbindungsvorrichtung 17 zu erkennen. Über diese Anbindungsvorrichtung 17 ist eine Messvorrichtung 18, welche beispielsweise eine allgemeine Sonde sein kann, angeordnet. Die Anbindungsvorrichtung 17 ist in der 1 nur allgemein durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Denkbar wären hier jegliche Konzepte, welche eine zuverlässige Anordnung der Messvorrichtung 18 an die Werkzeugkomponente 14 gewährleisten, wobei vorzugsweise ein längenvariables Konzept bevorzugt wird. Auf diese Weise kann die Messvorrichtung 18 seine Position innerhalb des herzustellenden Hohlprofils 12 verändern. So eine Anbindungsvorrichtung 17 kann dabei eine flexible und längenvariable Anbindung der Sonde an den Dorn ermöglichen. Es ist vorstellbar, dass die Anbindungsvorrichtung 17 dabei jegliche Komponenten umfasst, welche eine längenvariable und gleichzeitig reversible Positionierung der Messvorrichtung 18 innerhalb des Hohlprofils 12 ermöglichen. Auch kann die Anbindungsvorrichtung 17 ausgelegt sein, sowohl eine Energieversorgung, als auch eine Übertragung von Messdaten zu einer Steuereinheit 20 zu gewährleisten. Die Steuereinheit 20 ist in der 1 lediglich schematisch dargestellt und die Verbindung zu der Messvorrichtung 18 ist in der 1 lediglich schematisch mit einem Doppelblockpfeil dargestellt. So eine Steuereinheit 20 kann dabei aufgenommene Informationen unter anderem abspeichern und verarbeiten. Es ist somit dargestellt, dass erhobene Messdaten von der Messvorrichtung 18 zu der Steuereinheit 20 gelangen können beziehungsweise dass eine gegenseitige Wechselwirkung zwischen der Messvorrichtung 18 und der Steuereinheit 20 besteht.
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2A zeigt eine perspektivische Skizze einer Messvorrichtung 18A. Die Messvorrichtung 18A weist eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf, jedoch kann die Form auf den Querschnitt des herzustellenden Profils angepasst werden. Dabei ist auf den jeweiligen Längsseiten jeweils eine Strahlenleiste 22 und jeweils ein Temperatursensor 24A zu erkennen. Die jeweilige Strahlenleiste 22 weist dabei eine Vielzahl von einzelnen Strahlenelementen 26 auf. Die gezeigte Anzahl von Strahlenelementen 26 beträgt dabei elf, kann aber je nach Anwendungsfall variieren. Die einzelnen Strahlenelemente 26 können dabei ausgelegt sein, entweder Licht- oder elektromagnetische Strahlen auszusenden. Die jeweils gezeigte Strahlenleiste 22 ist somit nur beispielhaft dargestellt und es sind verschiedene Ausprägungen und Mischkonzepte vorstellbar. In der 2A sind die jeweiligen Strahlenleisten 22 dabei auf den jeweiligen Längsseiten leicht verwinkelt in Bezug auf eine Seitenkante dargestellt. Auch dieser ansatzweise diagonale Verlauf ist nur beispielhaft zu verstehen. Andere Verläufe sind vorstellbar. Auch ist vorstellbar, dass die Anzahl der Strahlenleisten 22 variiert beziehungsweise dass eine jeweilige Strahlenleiste 22 zumindest teilweise unterbrochen vorgesehen ist. Bezogen auf die Bildebene ist im jeweiligen hinteren Bereich der dargestellten Längsseiten jeweils ein Temperatursensor 24A zu erkennen. Der jeweilige Temperatursensor 24A weist dabei eine rechteckige Grundform auf, wobei jeweils ein Vertiefungsbereich 28 vorgesehen ist, welcher in den Innenbereich der Messvorrichtung 18 ragt. Trichterförmig fallen dabei vier im Wesentlichen plane Flächen von einer umlaufenden Außenkante 30 des Temperatursensors 24A in den Vertiefungsbereich 28 ab und treffen auf der untersten Ebene auf eine rechteckige Fläche 32, welche einen kleineren Umfang als die umlaufende Außenkante 30 des Temperatursensors 24A aufweist. Wiederum bezogen auf die Bildebene ist auf der vorderen Stirnseite der Messvorrichtung 18 eine Führungsvorrichtung 34 zu erkennen. Auf der hinteren Stirnseite ist zudem ein Federelement 36 zu erkennen. Die Führungsvorrichtung 34 weist dabei einen im Wesentlichen viereckigen Grundkörper 38 auf. Der Grundkörper 38 ist etwa mittig auf der vorderen Stirnseite der Messvorrichtung 18 angeordnet. Die Verbindung oder Koppelung kann dabei beliebig gewählt werden. Zum Beispiel könnte es sich dabei in einer einfachen Ausführungsform um eine stoffliche Verbindung handeln, sodass diese beiden Geometrien ein zusammenhängendes Bauteil ausbilden. Auch könnte es sich um eine mechanische Verbindung oder um eine Klebverbindung handeln. Auf den jeweiligen Seitenflächen des Grundkörpers 38 ist etwa mittig jeweils ein Trägerelement 40 zu erkennen, welches jeweils über eine im Wesentlichen runde Stange 42 auf dem Grundkörper 38 gehalten wird. Auf dem jeweiligen Trägerelement 40 ist jeweils ein Aufnahmebereich 44 dargestellt. In den jeweiligen Aufnahmebereichen 44 sind jeweils Räder 46 vorgesehen. Die Räder 46 sind dabei derart in den jeweiligen Aufnahmebereichen 44 gehalten, sodass ihre jeweiligen Laufflächen einen äußeren Umfang von der Messvorrichtung 18 überragen. Wenn die Messvorrichtung 18 also in einem inneren Bereich eines herzustellenden Hohlprofils 12 geführt wird, können die Laufflächen von den Rädern 46 entlang der Innenwände geführt werden, sodass die Messvorrichtung 18 bewegbar im inneren Bereich des Hohlprofils 12 vorgesehen werden kann. Dazu ist die Ausrichtung der jeweiligen Laufflächen, wie in der 2A auch dargestellt, so gewählt, dass die Messvorrichtung 18 vorwärts und rückwärts in Richtung der Längsseiten bewegbar in einem nicht dargestellten Hohlprofil 12 bewegt werden könnte. Mit anderen Worten könnte die Messvorrichtung 18 derart bewegt werden, dass die Führungsvorrichtung 34 vorne weg in Bewegungsrichtung auf der Messvorrichtung 18 ausgerichtet ist beziehungsweise alternativ hinter der Messvorrichtung 18 mitbewegt wird. Der Grundkörper 38 weist bezogen auf die Bildebene oben und unten jeweils Nuten 48 auf, in welche die oberen und unteren Trägerelemente 40 mit den jeweiligen Stangen 42 gehalten werden. Der Grundkörper 38 weist somit auf der Stirnseite eine H-förmige Grundfläche auf. An den jeweiligen Seitenflächen des Grundkörpers 38 werden die Trägerelemente 40 jeweils mittels der Stangen 42 in die Seitenflächen gemäß einem Stecksystem gehalten. Alternativ wäre auch eine Art Schraubsystem vorstellbar, wobei in diesem Falle dann in dem Grundkörper 38 entsprechende Aufnahmen mit passenden Gewinden vorgesehen sind. Diese beiden vorgestellten Anbindungskonzepte der Trägerelemente 40 sind dabei nur beispielhaft zu verstehen. Die Räder 46 werden dabei auf den Trägerelementen 40 mittels jeweiliger Halteelemente 50 gehalten. Die Halteelemente 50 können dabei zum Beispiel Schrauben, Nieten oder Stifte sein. Die Verbindung kann dabei fest oder auch lösbar gestaltet sein. Auch ist vorstellbar, dass die Aufnahmebereiche 44 drehbar auf den Stangen 42 gelagert sind, sodass eine gewisser Spielraum in der Ausrichtung der Räder 46 gegeben ist. Dies kann insbesondere bei den ersten zu produzierenden Metern des Hohlprofils 12 von Vorteil sein, da somit eventuell auftretende Unregelmäßigkeiten an der Innenseite des Hohlprofils 12 ausgeglichen werden können. Das Federelement 36 auf der hinteren Stirnseite überragt den äußeren Umfang der Messvorrichtung 18 und stellt einen leicht gebogenen, im Wesentlichen planen Körper, welcher in der gezeigten 2A in drei Komponenten unterteilt ist, dar. Das Federelement 36 ist in der 2A lediglich ausschnittsweise zu erkennen und weist dabei zudem eine im Wesentlichen C-förmige Form auf, wobei die oberen und unteren Bereiche einen äußeren Umfang von der Messvorrichtung 18 an der jeweiligen Längsseite überragen. In den Endbereichen ist der gebogene Verlauf jeweils abgeflacht dargestellt, sodass das Federelement 36, wenn es sich im inneren Bereich eines Hohlprofils 12 befinden würde, mit diesen abgeflachten Bereichen an jeweilige Innenwände des Hohlprofils 12 stoßen würde. Das Federelement 36 ist in der 2A, wie bereits erwähnt, dreiteilig vorgesehen, wobei die einzelnen Komponenten jeweils gleich ausgerichtet sind und insofern auch zusammengenommen besagten Körper darstellen. Es ist vorstellbar, dass die drei Komponenten in einem nicht gezeigten Verbindungsbereich zu der Messvorrichtung 18 zusammengeführt sind und anschließend auf der gegenüberliegenden Seite wiederum als dreiteiliges System vorgesehen sind. Die Anzahl der einzelnen Komponenten ist dabei nur beispielhaft zu verstehen. Auch die gleichförmige Ausprägung ist dabei nur beispielhaft zu verstehen.
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2B zeigt eine perspektivische Skizze einer weiteren Messvorrichtung 18B. Die Messvorrichtung 18B weist ebenfalls eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf, welche wiederum beispielhaft zu verstehen ist und auf den jeweiligen Querschnitt der herzustellenden Profils angepasst werden kann. Dabei ist auf den jeweiligen Längsseiten jeweils eine Strahlenleiste 22 und jeweils ein Temperatursensor 24B zu erkennen. Die jeweilige Strahlenleiste 22 weist dabei eine Vielzahl von einzelnen Strahlenelementen 26 auf. Die gezeigte Anzahl von Strahlenelementen 26 beträgt dabei elf, kann aber je nach Anwendungsfall variieren. Die einzelnen Strahlenelemente 26 können dabei ausgelegt sein, entweder Licht- oder elektromagnetische Strahlen auszusenden. Die jeweils gezeigte Strahlenleiste 22 ist somit nur beispielhaft dargestellt und es sind verschiedene Ausprägungen und Mischkonzepte vorstellbar. In der 2B sind die jeweiligen Strahlenleisten 22 dabei auf der jeweiligen Längsseite leicht verwinkelt in Bezug auf eine Seitenkante dargestellt. Auch dieser ansatzweise diagonale Verlauf ist nur beispielhaft zu verstehen. Andere Verläufe sind vorstellbar. Auch ist vorstellbar, dass die Anzahl der Strahlenleisten 22 variiert beziehungsweise dass eine jeweilige Strahlenleiste zumindest teilweise unterbrochen vorgesehen ist. Bezogen auf die Bildebene ist im jeweiligen hinteren Bereich der dargestellten Längsseiten jeweils ein Temperatursensor 24B zu erkennen. Die jeweiligen Temperatursensoren 24B weisen dabei im Wesentlichen eine kreisförmige Geometrie auf, wobei die jeweiligen Temperatursensoren 24B von einer Außenfläche der Messvorrichtung 18 vorstehen. Bezogen auf die Bildebene ist der Temperatursensor 24B auf der oberen Längsseite mittig im hinteren Randbereich dargestellt. Der Temperatursensor 24B, welcher auf der seitlichen Längsseite dargestellt ist, befindet sich hingegen mittig bezogen auf die gesamte seitliche Längsfläche der Messvorrichtung 18. Beide Temperatursensoren 24B weisen jeweils ein äußeres Ringelement 39 auf. Wiederum bezogen auf die Bildebene ist auch in der 2B auf der vorderen Stirnseite der Messvorrichtung 18 eine Führungsvorrichtung 34 zu erkennen und auch auf der hinteren Stirnseite ist zudem ein Federelement 36 zu erkennen. Die Führungsvorrichtung 34 und das Federelement 36 sind dabei im Wesentlichen identisch mit der Führungsvorrichtung 34 und dem Federelement 36 von 2A. Lediglich die Räder 46 sind etwas breiter dargestellt und die Aufnahmebereiche 44 der Trägerelemente 40 variieren. Das Federelement 36 ist in dieser beispielhaften Darstellung einteilig ausgebildet. Anders als in 2A dargestellt weist die Führungsvorrichtung 34 an der Stirnseite ein Anbindungselement 52 auf. Dieses Anbindungselement 52 weist einen plattenförmigen Körper mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form auf und ist mit entsprechenden Gegenstücken auf die Nuten 48 aufgesetzt, so dass es im Wesentlichen bündig auf dem Grundkörper 38 gehalten ist. Das Anbindungselement 52 weist auf der Stirnseite zudem mittig einen im Wesentlichen runden aufgesetzten Kragen 53 auf, wobei der Kragen 53 in der Mitte eine kreisförmige Öffnung aufweist. Mittels des Anbindungselements 52 kann beispielsweise über eine nicht näher dargestellte Anbindungsvorrichtung 17 die Messvorrichtung 18 mit einer Werkzeugkomponente 14 verbunden werden.
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3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Messvorrichtung 18 innerhalb eines herzustellenden Hohlprofils 12. Die Messvorrichtung 18 kann beispielsweise eine Sonde sein. Ein Pfeil zeigt dabei die Bewegungsrichtung der Messvorrichtung 18 im Inneren des Hohlprofils 12 an. Bezogen auf die Bildebene weist die Messvorrichtung 18 auf der rechten Seite einen Laser-Distanzsensor 54 auf, wobei der Laser-Distanzsensor 54 Strahlen 56 in Richtung der Innenwände des Hohlprofils 12 aussendet. Außerhalb des Hohlprofils 12 ist ein Schichtdickenmessgerät 58 zu erkennen. Das Schichtdickenmessgerät 58 kann zum Beispiel ein Gerät von der Firma Salutron sein. Der Laser-Distanzsensor 54 kann zum Beispiel ein Gerät von der Firma Automation24 sein. Das Schichtdickenmessgerät 58 und der Laser-Distanzsensor 54 können als erweiterte Komponenten der jeweiligen Messvorrichtungen 18, 18A, 18B angesehen werden und sind in dieser 3 nur beispielhaft dargestellt. Entsprechend könnten andere Erweiterungskomponenten vorgesehen sein, welche alternativ vergleichbare technische Möglichkeiten bereitstellen. Ferner ist bezogen auf die Bewegungsrichtung im Kopfbereich das Federelement 36 zu erkennen, wobei das Federelement 36 in der 3 zweiteilig ausgeprägt dargestellt ist, sodass eine oberes Federelement 36 die obere Innenwand des Hohlprofils 12 berührt und das untere Federelement 36 die untere Innenwand des Hohlprofils 12 berührt.
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4 zeigt eine perspektivische Skizze einer weiteren Messvorrichtung 18, welche im Wesentlichen identisch mit der Messvorrichtung 18 von 2A ist. Insbesondere die Führungsvorrichtung 34 und das Federelement 36 sind mit denen der 2A identisch. Im Gegensatz zu der 2A sind die jeweiligen Strahlenleisten 22 auf den Längsseiten der Messvorrichtung 18 jeweils parallel zu einer äußeren Kante der Messvorrichtung 18 angeordnet. Zudem sind die jeweiligen Strahlenleisten 22 im äußersten Bereich der jeweiligen Längsseiten der Messvorrichtung 18 benachbart zu der Führungsvorrichtung 34 angeordnet. Die Strahlenleisten 22 können beispielsweise jeweils eine LED-Leiste mit jeweils neun Strahlenelementen 26 sein. Die Anzahl der Strahlenelemente 26 ist hier nur beispielhaft dargestellt. Der somit verbleibende Platz auf der jeweiligen Längsseite wird nahezu gänzlich von jeweils zwei optischen Sensoren 60 ausgefüllt. Der Aufbau der optischen Sensoren 60 ist ähnlich zu dem Aufbau des Temperatursensors 24A von 2A.
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5 zeigt eine perspektivische Anwendungsskizze einer weiteren Messvorrichtung 18 während des Herstellungsprozesses. Die Messvorrichtung 18 ist dabei unterhalb von einem Ausschnitt eines Pultrusionsprofils 62 dargestellt. In dem gezeigten Ausschnitt des Pultrusionsprofils 62 ist schematisch und exemplarisch eine Vielzahl von Fasern 64 dargestellt. Auf der Messvorrichtung 18 ist eine Strahlenleiste 22 zu erkennen, welche einzelne Strahlenelemente 26 aufweist. Die sechs Strahlenelemente 26 sind nur beispielhaft dargestellt. Es könnten auch andere Formen von Strahlenelementen 26 vorgesehen sein und die Anzahl kann je nach Anwendungsfall variiert werden. Oberhalb des Pultrusionsprofils 62 ist schematisch ein optischer Sensor 66 dargestellt, so dass ausgesendete Strahlen (nicht dargestellt) von den Strahlenelementen 26, welche das Pultrusionsprofil 62 passiert haben, von dem optischen Sensor 66 detektiert werden können. Zudem ist in 5 eine Berechnungsvorrichtung 67 zu erkennen, wobei ein Doppelblockpfeil eine entsprechende Verbindung anzeigt.
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6 zeigt eine perspektivische Anwendungsskizze einer alternativen Messmethode während des Herstellungsprozesses. Dabei ist die Messvorrichtung 18 unterhalb eines Ausschnitts eines Pultrusionsprofils 62 dargestellt. Von der nur ansatzweise zu erkennenden Strahlenleiste 22 werden von den einzelnen Strahlenelementen 26 beispielsweise LED-Blitze derart emittiert, sodass Strahlen in die Fasern 64 eingeleitet werden. Dies kann beispielsweise in einem Einkopplungsbereich 68 vollzogen werden. In einem Messbereich 69, in welchem beispielsweise ein Bereich mit höchster Strahlenintensität 70 herrscht, kann dann entsprechend über die Messvorrichtung 18 gemessen werden. Dabei befindet sich der Messbereich 69 beispielsweise beabstandet von dem Bereich, in welchem die Strahlenleiste 22 vorgesehen ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pultrusionswerkzeug
- 12
- Hohlkörper
- 14
- Werkzeugkomponente
- 16
- Zuführung
- 17
- Anbindungsvorrichtung
- 18
- Messvorrichtung
- 18A
- Messvorrichtung
- 18B
- Messvorrichtung
- 20
- Steuereinheit
- 22
- Strahlenleiste
- 24A
- Temperatursensor
- 24B
- Temperatursensor
- 26
- Strahlenelement
- 28
- Vertiefungsbereich
- 30
- Außenkante
- 32
- rechteckige Fläche
- 34
- Führungsvorrichtung
- 36
- Federelement
- 38
- Grundkörper
- 39
- Ringelement
- 40
- Trägerelement
- 42
- Stangen
- 44
- Aufnahmebereich
- 46
- Räder
- 48
- Nut
- 50
- Halteelement
- 52
- Anbindungselement
- 53
- Kragen
- 54
- Laser-Distanzsensor
- 56
- Strahl
- 58
- Schichtdickenmessgerät
- 60
- optischer Sensor
- 62
- Pultrusionsprofil
- 64
- Faser
- 66
- optischer Sensor
- 67
- Berechnungsvorrichtung
- 68
- Einkopplungsbereich
- 69
- Messbereich
- 70
- Strahlenintensität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19805584 A1 [0003]
- DE 102007059865 A1 [0004]
- DE 102014200955 A1 [0005]
