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DE102016200667A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes sowie dessen Verwendung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes sowie dessen Verwendung Download PDF

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DE102016200667A1
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DE
Germany
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laminating
station
composite material
unit
metal strip
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102016200667.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerold Raspudic
Klemens Heermann
Stella Janssen
Markus Rudack
Josef Schneider
Klaus-Peter Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Priority to EP17701272.1A priority patent/EP3405347A1/de
Priority to CN201780007618.2A priority patent/CN108541236B/zh
Priority to PCT/EP2017/050107 priority patent/WO2017125261A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines ersten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes, eines zweiten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes und eines dritten Werkstoffs in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie, Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder und der Polymerfolie zu jeweils einer Vorwärmeinheit, Vorwärmen der Metallbänder und der Polymerfolie in den Vorwärmeinheiten auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur und kontinuierliches Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur, anschließendes kontinuierliches Zuführen des Werkstoffverbundes zu mindestens einer Abkühleinheit und/oder mindestens einer Nachbearbeitungseinheit und abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund. Die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes bereit zu stellen, mit welchen die Wirtschaftlichkeit und der Produktionsprozess weiter optimiert und insbesondere der Automatisierungsgrad erhöht werden kann, wird dadurch gelöst, dass das erste und das zweite Metallband zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheiten mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen, das erste Metallband zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation und das zweite Metallband zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mit der Polymerfolie in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff umfassend folgende Schritte:
    Bereitstellen eines ersten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes, eines zweiten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes und eines dritten Werkstoffs in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie,
    Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder und der Polymerfolie zu jeweils einer Vorwärmeinheit,
    Vorwärmen der Metallbänder und der Polymerfolie in den Vorwärmeinheiten auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur und kontinuierliches Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur,
    anschließendes kontinuierliches Zuführen des Werkstoffverbundes zu mindestens einer Abkühleinheit und/oder mindestens einer Nachbearbeitungseinheit und
    abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff umfassend
    Mittel zum Abhaspeln eines auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten Metallbandes und einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie,
    Mittel zum Vorwärmen der Metallbänder und der Kunststofffolie,
    Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren der Metallbänder mit der Polymerfolie zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur,
    Mittel zum Abkühlen und/oder Nachbearbeiten des Werkstoffverbundes,
    Mittel zum Antreiben und/oder Führen der Metallbänder, der Kunststofffolie und/oder des Werkstoffverbundes und
    Mittel zum Ablängen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung des Werkstoffverbundes.
  • In der internationalen Offenlegung WO 2009/043777 A1 der Anmelderin sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Sandwichverbundwerkstoffs aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff offenbart. In der 3 ist dargestellt, dass ein erster Werkstoff in Form eines auf einem Coil aufgewickelten Metallbandes, ein zweiter Werkstoff in Form eines auf einem Coil aufgewickelten Metallbandes und ein dritter Werkstoff in Form einer auf einem Coil aufgewickelten Polymerfolie bereitgestellt werden, welche abgehaspelt und kontinuierlich jeweils einer Vorwärmeinheit zugeführt werden, in welchen die Metallbänder und der Kunststofffolie auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur vorgewärmt werden und kontinuierlich zu einer Kaschiereinheit (Doppelbandpresse) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur zugeführt werden. Anschließend wird der Werkstoffverbund kontinuierlich mindestens einer Abkühleinheit und/oder einer Nachbearbeitungseinheit zugeführt und abschließend zu Blechen abgelängt oder zu einem Coil aufgehaspelt. Zur Verbesserung der Haftungseigenschaften zwischen dem Polymermatrix-Werkstoff und dem/den metallischen Werkstoff(en) innerhalb des Sandwichwerkstoffs ist vorgeschlagen, einen Haftlack, welcher im Coating-Verfahren appliziert werden kann, auf das Metallblech aufzutragen. Demnach werden für das Herstellen von Werkstoffverbunden Metallbänder vorgesehen, welche bereits mit einer Haftlack/Haftvermittlerschicht beschichtet sind.
  • Derartige Konditionierungen erfolgen außerhalb des kontinuierlichen Kaschierprozesses. Daher lassen sich Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Werkstoffverbunden noch wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren, wobei der Automatisierungsgrad erhöht werden kann. Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes bereit zu stellen, mit welchen die Wirtschaftlichkeit und der Produktionsprozess weiter optimiert und insbesondere der Automatisierungsgrad erhöht werden kann.
  • Die Aufgabe wird gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass das erste und das zweite Metallband zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheiten mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen, das erste Metallband zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation und das zweite Metallband zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mit der Polymerfolie in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht nicht mehr die Notwendigkeit, dass die Metallbänder getrennt in vorgelagerten Prozessen konditioniert zu werden brauchen, wobei neben den Haftungseigenschaften im Werkstoffverbund auch Umform- und Gleiteigenschaften des Werkstoffverbundes positiv beeinflusst werden können. Mit der Integration der Konditionierung der Metallbänder in den kontinuierlichen Kaschier-Laminier-Kalandrier-Prozess zum Herstellen von Werkstoffverbunden lässt sich der Produktionsprozess im Vergleich zum bekannten Stand der Technik noch wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren und gleichzeitig kann der Automatisierungsgrad erhöht werden.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder in den Konditionierungsstationen mittels Auftragen, insbesondere mittels Sprühen, mittels Aufrakeln oder vorzugsweise mittels Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtet und/oder chemisch und/oder physikalisch, vorzugsweise mittels Plasma, aktiviert. Die zumindest einseitige Beschichtung der Metallbänder im Coating-Verfahren mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff ist besonders bevorzugt, da die Beschichtung bei niedrigen Toleranzen reproduzierbar und wirtschaftlich aufgetragen werden kann. Die Beschichtungsdicke des aufgetragenen Nassfilms liegt zwischen 0,001 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,001 und 0,05 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,03 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,02 mm. Die alternative oder kumulative zumindest einseitige Aktivierung der Metallbänder erfolgt vorzugsweise mittels Plasma zur chemischen, mechanischen und/oder physikalischen Einstellung der Haftungs- wie auch der Umform- und/oder Gleiteigenschaften.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen die Metallbänder nach der Konditionierungsstation eine Trocknungsstation. Nach der Aktivierung und/oder vorzugsweise nach der Beschichtung der Metallbänder mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff durchläuft das Metallband mindestens eine Trocknungsstation, in welcher der vorzugsweise in der Regel in flüssiger Form aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und vorzugsweise unterhalb der Zersetzungstemperatur des eingesetzten Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff getrocknet wird, um sicher zu stellen, dass der aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff auf dem Metallband verbleibt, welches dann den weiteren Prozessschritten sicher zugeführt werden kann. Eine Trocknung kann beispielsweise bei einer Plasmabehandlung entfallen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen die Metallbänder in den Vorbehandlungseinheiten vor der Konditionierungsstation mindestens eine Richt-, eine Schnitt- und/oder eine Reinigungsstation. In der Richtstation, welche insbesondere in Prozessrichtung gesehen hinter dem Abhaspeln der Metallbänder (Abhaspelstation) angeordnet ist, können die in dem Metallband enthaltenen Spannungen, die zu einer Welligkeit im abgewickelten Zustand führen können, durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden, so dass den weiteren Prozessschritten ein Metallband mit definierter Planlage zugeführt werden kann. In der Schnittstation können die Metallbänder kontinuierlich entlang ihrer Längskanten besäumt werden, um den weiteren Prozessschritten ein Metallband mit einer definierten Breite und/oder definierten Bandkantenausführung zuführen zu können. In der Reinigungsstation können die Metallbänder, insbesondere die Oberflächen der Metallbänder gereinigt und/oder entfettet werden, um zumindest eine saubere Oberfläche für die Aktivierung und/oder Beschichtung der Metallbänder in der Konditionierungsstation bereitstellen zu können.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Werkstoffverbund nach der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit in der Abkühleinheit in mindestens einer Abkühlstation, insbesondere in zwei Abkühlstationen gezielt abgekühlt. In der mindestens einen Abkühlstation kann die Abkühlung aktiv über geeignete Mittel erfolgen oder passiv, beispielsweise über eine freie Luftstrecke erfolgen. Durch eine Abkühlung in mindestens einer Abkühlstation kann der Werkstoffverbund den weiteren Prozessschritten zugeführt werden, insbesondere um sicher zu stellen, dass weitere Stationen nicht thermisch beansprucht werden, verlässt der Werkstoffverbund die Abkühleinheit mit einer Temperatur unterhalb von 100°C.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchläuft der Werkstoffverbund in der Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Richt-, eine Inspektions- und/oder eine Beschichtungsstation. In der Schnittstation kann der Werkstoffverbund kontinuierlich entlang seinen Längskanten besäumt werden, um dem Werkstoffverbund eine definierte Breite und/oder eine definierte Kantenausrichtung verleihen zu können. In der Richtstation können die im Werkstoffverbund durch die in den Prozessschritten unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck erzeugten Spannungen durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden, um dem Werkstoffverbund eine hohe Maßhaltigkeit und Planheit und/oder Ebenheit verleihen zu können. In der Inspektionsstation kann der Werkstoffverbund hinsichtlich Oberflächen-, Ebenheit-, Planheit- und/oder Geometriefehler überprüft werden, um bei Auftreten eines entsprechenden Fehlers, diese beispielsweise mit Mitteln automatisch klassifizieren und dokumentieren zu können. In der Beschichtungsstation kann der Werkstoffverbund beispielsweise mit einer Schutzschicht, einer Haftvermittlerschicht, einer Lackschicht und/oder ein Umformhilfsmittelschicht, vorzugsweise mit einem Korrosionsschutzöl beschichtet werden, um einen temporären Korrosionsschutz, mindestens bis zur Weiterverarbeitung des Werkstoffverbundes bereitstellen zu können.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine kontinuierliche Führung des ersten und/oder des zweiten Metallbandes über entsprechende Mittel zumindest zwischen der Konditionierungsstation und der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit vorzugsweise derart, dass die konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder ein Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtete Seite des Metallbandes nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen kommt, um dadurch eine Verschmutzung der Mittel durch ein mögliches Anhaften von Konditionierungsbestandteilen sowie eine Verunreinigung oder Beschädigung, beispielsweise durch teilweises Ablösen des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff, der konditionierten Seite des Metallbandes auszuschließen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt, dass der Werkstoffverbund in einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station erzeugt wird.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem ersten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar und eine zweite Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem zweiten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt, dass in der ersten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station das zweite Metallband mit der Polymerfolie zu einem Metall-Polymerverbund verbunden wird und in der zweiten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station der Metall-Polymerverbund mit dem ersten Metallband zu einem Werkstoffverbund verbunden wird, wobei der Werkstoffverbund in zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen erzeugt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff als erstes und/oder zweites Metallband und eine duroplastische oder thermoplastische Polymermatrix als Polymerfolie, wobei die Polymermatrix verstärkt und/oder verfüllt sein kann. Bevorzugte Polymere können beispielsweise Systeme auf Basis PA, PE, PP und/oder deren Mischungen sowie Polyester und/oder Polyacrylate. Wird ein Stahlwerkstoff verwendet, ist dieser beschichtet, beispielsweise anorganisch und/oder organisch beschichtet. Vorzugsweise wird eine metallische Korrosionsschutzschicht als Beschichtung vorgesehen, insbesondere auf Basis von vorzugsweise Zink, und/oder Mischungen mit Aluminium und/oder Magnesium, welche im Schmelztauch- oder besonders bevorzugt im elektrolytischen Abscheideverfahren auf den Stahlwerkstoff aufgebracht wurde. Alternativ sind beispielsweise auch verzinnte und/oder verchromte Stahlbänder denkbar. Die Materialdicke des ersten und/oder des zweiten Metallbandes beträgt höchstens 1,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,35 mm und die Materialdicke der Polymerfolie beträgt höchstens 20,0 mm, insbesondere höchstens 15,0 mm, vorzugsweise höchstens 10,0 mm, besonders bevorzugt höchstens 5,0 mm. Die Metallbänder weisen jeweils eine Materialdicke von mindestens 0,05 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm und die Polymerfolie weist eine Materialdicke von mindestens 0,02 mm, insbesondere mindestens 0,05 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm auf.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Vorrichtung Mittel zum Vorbehandeln zumindest des ersten und des zweiten Metallbandes umfasst, wobei die Mittel zur Vorbehandlung eine erste Vorbehandlungseinheit mit einer ersten Konditionierungsstation zum zumindest einseitigen Konditionieren des ersten Metallbandes und eine zweite Vorbehandlungseinheit mit einer Konditionierungsstation zum zumindest einseitigen Konditionieren des zweiten Metallbandes umfasst.
  • Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Konditionierung der Metallbänder im kontinuierlichen Kaschier-Laminier-Kalandrier-Prozess zum Herstellen von Werkstoffverbunden integriert, so dass sich der Produktionsprozess wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren lässt und insbesondere der Automatisierungsgrad erhöht werden kann.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Konditionierungsstationen Mittel zum Auftragen einer Beschichtung, insbesondere Mittel zum Sprühen, Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten eines Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes und/oder Mittel zum chemischen und/oder physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma. Coater können wirtschaftlich und reprozierbar zur zumindest einseitigen Beschichtung von Metallbändern verwendet werden. Alternativ oder kumulativ können Plasma-Vorrichtungen verwendet werden, die beispielsweise bei Atmosphärendruck arbeiten und die Metallbänder zumindest einseitig prozesssicher und reproduzierbar aktivieren können.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung für die Metallbänder jeweils mindestens eine Trocknungsstation. Die Trocknungsstation, welche insbesondere in Prozessrichtung gesehen hinter der Konditionierungsstation der Metallbänder angeordnet ist, umfasst mindestens eine Wärmevorrichtung zum Trocknen des vorzugsweise in der Konditionierungsstation in flüssiger Form aufgetragenen Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff, beispielsweise einen Umlufttrockner.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Vorbehandlungseinheiten jeweils mindestens eine Richt-, Schnitt- und/oder Reinigungsstation. Die Richtstation umfasst mindestens ein Mittel zum Glätten des abgehaspelten Metallbandes, vorzugsweise eine Richtmaschine. Die Schnittstation umfasst mindestens ein Mittel zum Besäumen der Längskanten des Metallbandes, beispielsweise eine Besäumschere. Die Reinigungsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Reinigen und/oder Entfetten des Metallbandes, beispielsweise eine Bürste zum mechanischen Reinigen und/oder vorzugsweise eine Anlage zum chemischen Reinigen mit einer Vorrichtung zum Beaufschlagen oder Eintauchen des Metallbandes mit einer oder in einer Lösung aus Chemikalien, einer Spülvorrichtung zum Spülen des mit der Lösung behafteten Metallbandes und ggf. einer Trockeneinrichtung zur Trocknung des gespülten Metallbandes.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Abkühleinheit mindestens eine Abkühlstation und/oder die Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Richt-, eine Inspektions- und/oder eine Beschichtungsstation. Die Abkühlstation umfasst mindestens ein (aktives) Mittel zum Abkühlen des Werkstoffverbundes, beispielsweise einen Luftkühler. Alternativ kann auch eine passive Abkühlung, beispielsweise über eine freie Kühlstrecke erfolgen. Die Schnittstation umfasst mindestens ein Mittel zum Besäumen der Längskanten des Werkstoffverbundes, beispielsweise eine Besäumschere. Die Richtstation umfasst mindestens ein Mittel zum Glätten des Werkstoffverbundes, beispielsweise eine Richtmaschine. Die Inspektionsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Prüfen des Werkstoffverbundes hinsichtlich Oberflächen-, Ebenheit-, Planheit- und/oder Geometriefehler, beispielsweise ein Messsystem mit einer Auswerteeinheit. Die Beschichtungsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Beschichten des Werkstoffverbundes, beispielsweise ein elektrostatisches Beschichtungssystem.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station, vorzugsweise zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen. Die mindestens erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station umfasst mindestens ein Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren mindestens eines Metallbandes mit einer Polymerfolie, vorzugsweise ein gleichläufiges Kaschierwalzenpaar. Bei zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen umfasst jede einzelne Station mindestens ein Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren, vorzugsweise jeweils ein gleichläufiges Kaschierwalzenpaar. Der Aufbau des Kaschierwalzenpaars ist kompakt und relativ einfach bedienbar und im Vergleich zum Einsatz von Doppelbandpressen günstiger.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines nach mindestens einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Werkstoffverbundes zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere für den Fahrzeugbau, vorzugsweise als Karosserieteil eines Fahrzeugs, insbesondere als Teil einer Karosseriekomponente oder als Fahrwerkteil eines Fahrzeugs, insbesondere als Teil einer Fahrwerkkomponente, besonders bevorzugt für Personenkraftwagen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Busse, Omnibusse, ob mit Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, aber auch in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons. Ferner kann der erfindungsgemäß hergestellte Werkstoffverbund als Bauteil für den Schiff-, Flugzeug-, Anlagen-, Maschinenbau, Haushaltswaren oder Bausektor verwendet werden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
  • 1): ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht,
  • 2): ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht,
  • 3): ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht und
  • 4): ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht.
  • In 1) ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht dargestellt. Der Werkstoffverbund (2) weist mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei metallischen Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff auf. Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff eignen sich als erstes und/oder zweites Metallband (3, 4) und ein Polymermatrix-Werkstoff auf duroplastischer oder beispielsweise thermoplastischer Basis, beispielsweise auch verfüllt und/oder verstärkt, als Polymerfolie (5) verwendet werden. Bevorzugte Polymere sind beispielsweise Systeme auf Basis PA, PE, PP und/oder deren Mischungen sowie Polyester und/oder Polyacrylate. Vorzugsweise wird ein beschichteter Stahlwerkstoff mit einer Beschichtung auf Zink-Basis verwendet, welcher beispielsweise elektrolytisch beschichtet ist. Auch eine Kombination aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen ist denkbar. Ein erster Werkstoff in Form eines auf einem Bund aufgewickelten ersten Metallbandes (3), ein zweiter Werkstoff in Form eines auf einem Bund aufgewickelten zweiten Metallbandes (4) und ein dritter Werkstoff in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie (5) werden bereitgestellt und dem Herstellungsprozess über Mittel zum Abhaspeln (6, 7, 8) des auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten Metallbandes (3, 4) und der auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie (5) kontinuierlich jeweils zu Vorwärmeinheiten mit Mitteln zum Vorwärmen (9, 10, 11) der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5) zugeführt. Die Prozessrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet.
  • Die Vorwärmeinheiten (9, 10, 11) umfassen Mittel, beispielsweise Induktor-, Konduktor-Konvektor- und/oder Infrarot/Laser/LED-Strahler und sind insbesondere innerhalb einer Einhausung angeordnet, wobei diese dann als Durchlaufofen fungieren. Alternativ sind auch andere Aufheizsysteme möglich, beispielsweise mit Umluft-betriebene Systeme.
  • Das Vorwärmen der Metallbänder (3, 4) erfolgt beispielsweise in Durchlauföfen (9, 10) auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur, welche je nach Beschaffenheit des verwendeten metallischen Werkstoffs zwischen Raumtemperatur und Zersetzungstemperatur der Beschichtung, insbesondere zwischen 150°C und 275°C liegen kann und das Vorwärmen der Polymerfolie (5) beispielsweise in einem Durchlaufofen (11) je nach verwendetem Polymermatrix-Werkstoff, bei Vorwärmtemperaturen beispielweise bei einer Mischung aus PE und PA zwischen Raumtemperatur und 150°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur und 125°C, vorzugsweise zwischen Raumtemperatur und 100°C erfolgt, um eine ausreichende Temperatur für den nachfolgenden Kaschier-Laminier-Kalandrier-Schritt bereitzustellen. Die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die vorgewärmte Polymerfolie (5) werden nach Verlassen der Durchlauföfen (9, 10, 11) kontinuierlich einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) zugeführt. Die Mittel zum Kaschieren der Metallbänder (3, 4) mit der Polymerfolie (5) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) unter Druck und/oder Temperatur umfassen mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12.1) mit einem einen Kaschierspalt (12.12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12.11). Das Kaschierwalzenpaar (12.11), das mit nicht dargestellten Mitteln antreibbar ist, nimmt die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die zwischen den Metallbändern (3, 4) zugeführte vorgewärmte Polymerfolie (5) auf und kaschiert bzw. verbindet diese zu einem Werkstoffverbund (2). Die Walzen des Kaschierwalzenpaares (12.11) sind beispielsweise mittels nicht dargestellten Mitteln gegeneinander oder auseinander verfahrbar, symbolisiert durch einen dargestellten Doppelpfeil, wodurch der Abstand zwischen dem Kaschierwalzenpaar (12.11) variiert werden kann und damit die lichte Weite des Kaschierspaltes (12.12) nach Bedarf eingestellt werden kann. Die lichte Weite des Kaschierspaltes (12.12) während des Kaschier-Laminier-Kalandrier-Prozesses entspricht höchstens der Summe der jeweiligen Dicken der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5) im Anlieferungszustand, vorzugsweise ist die lichte Weite geringer, um einen definierten Druck auf den zu erzeugenden Werkstoffverbund zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren auszuüben. Durch das Vorwärmen der Metallbänder (3, 4) auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur, insbesondere zum Aktivieren der Konditionierung, vorzugsweise des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes, und das Vorwärmen der Polymerfolie (5) auf mindestens eine Vorwärmtemperatur, insbesondere zum Aktivieren, werden die erforderlichen Temperaturen zum Verbinden des ersten Metallbandes (3) mit der Polymerfolie (5) und dem zweiten Metallband (4) alternativ oder kumulativ zu dem aufgebrachten Druck zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren bereitgestellt, wobei der Werkstoffverbund (2) in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12) erzeugt wird. Falls die beispielsweise erforderlichen Temperaturen je nach Beschaffenheit der miteinander zu verbindenden Bänder und Folien nicht durch die Vorwärmeinheiten eingestellt werden können, kann das Kaschierwalzenpaar Mittel zum Temperieren, hier nicht dargestellt, aufweisen, um die erforderliche Wärme/Temperatur bereitstellen zu können.
  • Nach dem Verlassen der Kaschier-Larninier-Kalandrier-Einheit (12) wird der Werkstoffverbund (2) kontinuierlich einer Abkühleinheit (13) zugeführt, welche mindestens eine Abkühlstation (13.1) mit mindestens einem Mittel zum Abkühlen des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise einem Luftkühler, welches den Werkstoffverbund (2) derart abkühlt, dass in den weiteren Prozessschritten insbesondere sichergestellt werden kann, dass weitere Stationen nicht thermisch beansprucht werden. Alternativ kann die Abkühleinheit auch als freie Luftstrecke ausgebildet sein. Beispielsweise verlässt der Werkstoffverbund (2) die Abkühleinheit (13) mit einer Temperatur unterhalb von 100°C. Wie die Mittel zum Antreiben der Metallbänder (3, 4), der Polymerfolie (5) und/oder des Werkstoffverbundes (2) ausgebildet sind, weiß der Fachmann, insbesondere an welchen Stellen in der Prozesskette beispielsweise sogenannte Treiber berücksichtigt werden sollen, um eine kontinuierlichen Prozess sicherstellen zu können. Als ein Mittel zum Antreiben kann zumindest die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12.1) ausgelegt sein, welche, wie bereits zuvor beschrieben, ein aktiv angetriebenes Kaschierwalzenpaar (12.11) aufweist. Die Mittel zum Führen sind mit dem Bezugszeichen (27), insbesondere zum Umlenken der Metallbänder (3, 4) versehen, wobei als weitere Mittel zum Führen auch die bereits zuvor beschriebenen Einheiten (6, 7, 8, 12) angesehen werden können. Abschließend wird der abgekühlte Werkstoffverbund (2) kontinuierlich entweder einem Mittel zum Ablängen (14) des Werkstoffverbundes (2) zu Blechen, beispielsweise einer Trommelschere, oder einem Mittel zum Aufhaspeln (15) des Werkstoffverbundes (2) zu einem Bund zugeführt.
  • Um das Herstellen von Werkstoffverbunden (2) noch wirtschaftlicher auszulegen und weiter zu optimieren und insbesondere den Automatisierungsgrad erhöhen zu können, durchlaufen erfindungsgemäß das erste und das zweite Metallband (3, 4) zwischen dem Abhaspeln und den Vorwärmeinheiten (9, 10) mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit (16, 17), wobei das erste Metallband (3) zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit (16) in einer Konditionierungsstation (16.1) und das zweite Metallband (4) zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit (17) in einer Konditionierungsstation (17.1) konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschiereinheit (12) mit der Kunststofffolie (5) in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden. Die Konditionierungsstationen (16.1, 17.1) umfassen Mittel zum Auftragen einer Beschichtung (16.11, 17.11), insbesondere zum Sprühen, zum Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff, und/oder Mittel zum chemischen und/oder physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma. Die zumindest einseitige Beschichtung (16.11, 17.11) der Metallbänder (3, 4) besonders bevorzugt mittels Coil-Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff, kann bei niedrigen Toleranzen reproduzierbar und wirtschaftlich aufgetragen werden. Die Beschichtungsdicke des aufgetragenen Nassfilms liegt zwischen 0,001 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,001 und 0,05 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,03 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,02 mm. Die alternative oder kumulative zumindest einseitige Aktivierung der Metallbänder (3, 4) erfolgt vorzugsweise mittels Plasma zur chemischen, mechanischen und/oder physikalischen Einstellung der Haftungs- wie auch der Umform- und/oder Gleiteigenschaften des Werkstoffverbundes (2).
  • 2) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1') zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht. Die einzelnen Stationen der Vorrichtung (1) des ersten Ausführungsbeispiels sind auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel wiederzufinden, jedoch mit dem Unterschied, dass die Metallbänder (3, 4) in den Vorbehandlungseinheiten (16, 17) vor der Konditionierungsstation (16.1, 17.1) jeweils mindestens eine Richtstation (20, 21), welche die in dem Metallband (3, 4) enthaltenen Spannungen, die zu einer Welligkeit im abgewickelten Zustand führen können, durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden können, so dass den weiteren Prozessschritten ein planes Metallband (3, 4) zugeführt werden kann. Nach den Richtstationen (20, 21) durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils eine Schnittstation (22, 23), in welcher die Metallbänder (3, 4) kontinuierlich entlang ihrer Längskanten besäumt werden, um den weiteren Prozessschritten ein Metallband (3, 4) mit einer definierten Breite und/oder einer definierte Kantenausrichtung zuführen zu können. Nach den Schnittstationen (22, 23) durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils eine Reinigungsstation (24, 25), in welcher die Metallbänder (3, 4), insbesondere die Oberflächen die Metallbänder (3, 4) gereinigt und/oder entfettet werden, um zumindest eine saubere Oberfläche für die Aktivierung und/oder Beschichtung der Metallbänder (3, 4) in der Konditionierungsstation (16.1, 17.1) bereitstellen zu können. Nach der Aktivierung und/oder vorzugsweise nach der Beschichtung der Metallbänder (3, 4) mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils mindestens eine Trocknungsstation (18, 19), in welcher der vorzugsweise in der Regel in flüssiger Form aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und vorzugsweise unterhalb der Zersetzungstemperatur des eingesetzten Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff getrocknet wird, um sicher zu stellen, dass der aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff auf den Metallbändern (3, 4) verbleibt, welche dann den weiteren Prozessschritten, insbesondere den Vorwärmeinheiten (9, 10) sicher zugeführt werden kann. Die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die vorgewärmte Kunststofffolie (5) werden kontinuierlich einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) zugeführt. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') umfasst mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'.1) mit einem einen Kaschierspalt (12'.12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12'.11), welches die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die zwischen den Metallbändern (3, 4) zugeführte vorgewärmte Polymerfolie (5) aufnimmt und kaschiert diese derart, dass die Metallbänder (3, 4) die metallischen Außenlagen und die Polymerfolie (5) die Kernschicht zwischen den Außenlagen des Werkstoffverbundes (2) bilden. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') umfasst ferner mindestens ein Mittel zum Nachwärmen (12'.31, 12'.32) und/oder Nachkaschieren (12'.41, 12'.42), wobei der Werkstoffverbund (2) nach Verlassen der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'.1) kontinuierlich einer ersten Nachwärmstation (12'.31) zum Nachwärmen bzw. Durcherwärmen des Werkstoffverbundes (2) auf mindestens eine Durcherwärmungstemperatur zugeführt wird, welche höher ist als die Vorwärmtemperatur der Polymerfolie (5), insbesondere zwischen 100°C und 300°C liegen kann, um die Kernschicht zwischen den metallischen Außenlagen aufzuschmelzen. Nach Verlassen der Nachwärmstation (12'.31) wird der durcherwärmte Werkstoffverbund (2) kontinuierlich einer Nachkaschierstation (12'.41) zugeführt, um auf dem gesamten Querschnitt durch gezielte und definierte Druckbeaufschlagung eine hohe Haftung und/oder Umform- und/oder Gleiteigenschaften sowie gezielte Dicke im Werkstoffverbund (2) zwischen den einzelnen Lagen einzustellen. Nach Verlassen der Nachkaschierstation (12'.41) kann dieser Vorgang bei Bedarf insbesondere zur weiteren Verbesserung der Haftung erneut, durch ein Nachwärmen des Werkstoffverbundes (2) in einer zweiten Nachwärmstation (12'.32) und anschließendem kontinuierlichen Zuführen einer zweiten Nachkaschierstation (12'.42), wiederholt werden, wobei die Bedingungen im Wesentlichen denen in den Stationen (12'.31, 12'.41) entsprechen können. Der Werkstoffverbund (2) wird anschließend kontinuierlich mindestens einer Abkühleinheit (13), welche eine erste Abkühlstation (13.1), beispielsweise einen Luftkühler, in der der Werkstoffverbund (2) gezielt auf eine erste Temperatur abgekühlt wird, und eine zweite Abkühlstation (13.2), beispielsweise einen Luftkühler, in der der Werkstoffverbund (2) weiter gezielt auf eine zweite Temperatur, die niedriger als die erste ist, abgekühlt wird, umfasst. Durch eine aktive Abkühlung in der Abkühleinheit (13) kann der Werkstoffverbund (2) den weiteren Prozessschritten, insbesondere den Nachbearbeitungsschritten zugeführt werden, insbesondere um sicher zu stellen, dass weitere folgende Stationen nicht thermisch beansprucht werden. Der abgekühlte Werkstoffverbund (2) wird einer Nachbearbeitungseinheit (26) zugeführt, umfassend mindestens eine Schnittstation (26.1) mit mindestens einem Mittel zum Besäumen der Längskanten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise eine Besäumschere, eine Richtstation (26.2) mit mindestens einem Mittel zum Glätten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise eine Richtmaschine, eine Inspektionsstation (26.3) mit mindestens einem Mittel zum Prüfen des Werkstoffverbundes (2) hinsichtlich Oberflächen-, Ebenheit-, Planheit- und/oder Geometriefehler, beispielsweise ein Messsystem mit einer Auswerteeinheit, eine Beschichtungsstation (26.4) mit mindestens einem Mittel zum Beschichten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise ein elektrostatisches Beschichtungssystem. Nach dem Durchlauf durch die Nachbearbeitungseinheit (26) kann der Werkstoffverbund (2) entweder zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden.
  • 3) zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1'') zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Stationen des ersten sowie des zweiten Ausführungsbeispiels wiederzufinden und es wird daher nur auf die Unterschiede, insbesondere mit Blick auf die 2), eingegangen. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12'') umfasst, neben den bereits im zweiten Ausführungsbeispiel erläuterten Stationen, eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12''.1) und eine zweite Kaschier-Larninier-Kalandrier-Station (12''.2). Das vorgewärmte zweite Metallband (4) und die vorgewärmte Polymerfolie (5) werden einer ersten Kaschier-Larninier-Kalandrier-Station (12''.1), welche ein erstes einen Kaschierspalt (12''.12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12''.11) aufweist, kontinuierlich zugeführt und werden zu einem Metall-Polymerverbund (2') kaschiert bzw. verbunden. Der Metall-Polymerverbund (2') durchläuft nach dem ersten Kaschieren eine Nachwärmstation (12''.33) zum Nachwärmen bzw. Durcherwärmen des Metall-Polymerverbundes (2') auf mindestens eine Durcherwärmungstemperatur, welche höher als die Vorwärmtemperatur der Polymerfolie (5) ist, zur Vorbereitung eines zweiten Kaschierens-Laminierens-Kalandrierens. Der durcherwärmte Metall-Polymerverbund (2') und das vorgewärmte erste Metallband (3) werden einer zweiten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12''.2), welche ein zweites einen Kaschierspalt (12''.22) bildenden Kaschierwalzenpaar (12''.21) aufweist, kontinuierlich zugeführt und werden zu einem Werkstoffverbund (2) kaschiert bzw. verbunden. Der Werkstoffverbund (2) wird in zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen (12''.1, 12''.2) erzeugt. Die Nachwärmstationen (12''.31, 12''.32) und Nachkaschierstationen (12''.41, 12''.42) können bei Bedarf entfallen.
  • In 4) ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1''') dargestellt. Es ist nur ein Teil der Vorrichtung (1''') gezeigt, welcher im Vergleich zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen Unterschiede aufweist, dahingehend, dass insbesondere das erste Metallband (3), welches im Zuge des Herstellens des Werkstoffverbundes (2) die obere metallische Außenlage bildet, zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheit (9) eine Vorbehandlungseinheit (16) durchläuft, das Metallband (3) in der Vorbehandlungseinheit (16) zumindest einseitig in einer Konditionierungsstation (16.1) konditioniert, vorzugsweise mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtet wird, das Metallband (3) mit der einseitigen Beschichtung (16.11) einer Trocknungsstation (18), in welcher der Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff getrocknet wird, kontinuierlich zugeführt wird, das Metallband (3) in der Vorwärmeinheit (9) erwärmt wird und anschließend einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') zugeführt wird, welche mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'''.1) umfasst. Eine kontinuierliche Führung des Metallbandes (3) über entsprechende Mittel (27) erfolgt zumindest zwischen der Konditionierungsstation (16.1) und der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') derart, dass die konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoffbeschichtete Seite (16.11) des Metallbandes (3) nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen (27) kommt, um dadurch eine Verschmutzung der Mittel (27) durch ein mögliches Anhaften von Konditionierungsbestandteilen sowie eine Verunreinigung oder Beschädigung, beispielsweise durch teilweises Ablösen des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes, der konditionierten Seite (16.11) des Metallbandes (3) auszuschließen.
  • Das Bezugszeichen (28) symbolisiert eine Trenn-/Einfädelstation, welche Mittel zum vollständigen Durchtrennen des Metallbandes (3) sowie Mittel zum Einfädeln des getrennten Metallbandes (3) umfasst. Bei der Trenn-/Einfädelstation können u. a. Hilfsspeicher (Zwischenspeicher) und/oder Handlingssysteme vorgesehen sein. Insbesondere während des Anfahrprozesses bis zum Erreichen der definierten Betriebsparameter insbesondere in der Vorbehandlungseinheit (16) wird die Konditionierung, vorzugsweise der beschichtete Haftvermittler und/oder das beschichtete Klebersystem und/oder der beschichtete Konditionierungsstoff mittels Trockner (18) geeignet getrocknet bzw. angetrocknet und zunächst auf einem Mittel zum Aufhaspeln (29) aufgewickelt wird, hier strichliniert dargestellt. Geeignet getrocknet bedeutet, dass sich die Lagen beim Aufhaspeln untereinander nicht verbinden bzw. nicht haften oder geschädigt werden. In dieser Phase erfolgt kein Vorwärmen in der Vorwärmeinheit (9). Sind die definierten Betriebsparameter erreicht, wird die Vorwärmeinheit (9) eingeschaltet, das Metallband (3) wird durchtrennt und über eine Einfädelhilfe in Prozessrichtung der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') zugeführt. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') kann eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'''.1) mit einem einen Kaschierspalt (12'''.12) aufweisenden Kaschierwalzenpaar (12'''.11) umfassen, der ein vorgewärmtes erstes Metallband (3), eine vorgewärmte Polymerfolie (5) und ein vorgewärmtes zweites Metallband (4), hier strichliniert dargestellt, kontinuierlich zugeführt werden, oder aber zwei Kaschierstationen umfassen, wobei in diesem Fall der zweiten Kaschierstation ein vorgewärmtes erstes Metallband (3) und ein durchgewärmter Metall-Polymerverbund (2') zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) zugeführt werden, wie zu 3) beschrieben.
  • Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch weitere Ausgestaltungen umfassen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung noch weitere Bestandteile umfassen, insbesondere jeweils eine weitere Abhaspelstation zu den bereits dargestellten Stationen, Verbindungsstationen, insbesondere Heftmaschinen zum Verbinden eines Bandanfangs an einem Bandende respektive eines Folienanfangs an einem Folienende, Schlingenspeicher jeweils mindestens einen für die Metallbänder, die Polymerfolie und den Werkstoffverbund. Auch die Schichten zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes sind nicht auf drei beschränkt, sondern der Lagenaufbau ist beliebig wählbar.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1', 1'', 1'''
    Vorrichtung
    2
    Werkstoffverbund
    2'
    Metall-Polymerverbund
    3, 4
    Metallband
    5
    Polymerfolie
    6, 7, 8
    Abhaspel, Mittel zum Abhaspeln
    9, 10, 11
    Vorwärmeinheit
    12, 12', 12'', 12'''
    Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit
    12.1, 12'.1, 12''.1, 12'''.1, 12''.2
    Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station
    12.11, 12'.11, 12''.11, 12'''.11, 12''.21
    Kaschierwalzenpaar
    12.12, 12'.12, 12''.12, 12''.22, 12'''.12
    Kaschierspalt
    12'.31, 12'.32, 12''.31, 12''.32
    Nachwärmstation
    12'.41, 12'.42, 12''.41, 12''.42
    Nachkaschierstation
    13
    Abkühleinheit
    13.1, 13.2
    Abkühlstation
    14
    Mittel zum Ablängen
    15, 29
    Mittel zum Aufhaspeln
    16, 17
    Vorbehandlungseinheit
    16.1, 17.1
    Konditionierungsstation
    16.11, 17.11
    einseitige Konditionieren
    18, 19
    Trocknungsstation
    20, 21
    Richtstation
    22, 23
    Schnittstation
    24, 25
    Reinigungsstation
    26
    Nachbearbeitungseinheit
    26.1
    Schnittstation
    26.2
    Richtstation
    26.3
    Inspektionsstation
    26.4
    Beschichtungsstation
    27
    Mittel zu Führen
    28
    Trenn-/Einfädelstation
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2009/043777 A1 [0004]

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff umfassend folgende Schritte: – Bereitstellen eines ersten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes, eines zweiten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes und eines dritten Werkstoffs in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie, – Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder und der Polymerfolie zu jeweils einer Vorwärmeinheit, – Vorwärmen der Metallbänder und der Polymerfolie in den Vorwärmeinheiten auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur und kontinuierliches Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur, – anschließendes kontinuierliches Zuführen des Werkstoffverbundes zu mindestens einer Abkühleinheit und/oder einer Nachbearbeitungseinheit und – abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Metallband zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheiten mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen, das erste Metallband zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation und das zweite Metallband zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mit der Polymerfolie in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder in den Konditionierungsstationen mittels Auftragen, insbesondere mittels Sprühen, mittels Aufrakeln oder vorzugsweise mittels Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder eines Konditionierungsstoffes beschichtet werden und/oder chemisch und/oder physikalisch, vorzugsweise mittels Plasma, aktiviert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder nach der Konditionierungsstation eine Trocknungsstation durchlaufen.
  4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder in den Vorbehandlungseinheiten vor der Konditionierungsstation mindestens eine Richt-, eine Schnitt- und/oder eine Reinigungsstation durchlaufen.
  5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund nach der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit in der Abkühleinheit in mindestens einer Abkühlstation, insbesondere in zwei Abkühlstationen gezielt abgekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund in der Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Richt-, eine Inspektions- und/oder eine Beschichtungsstation durchläuft.
  7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kontinuierliche Führung des ersten und/oder des zweiten Metallbandes über entsprechende Mittel zumindest zwischen der Konditionierungsstation und der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit vorzugsweise derart erfolgt, dass die konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder ein Klebersystem beschichtete Seite des Metallbandes nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen kommt.
  8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt werden, dass der Werkstoffverbund in einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem ersten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar und eine zweite Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem zweiten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt werden, dass in der ersten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station das zweite Metallband mit der Polymerfolie zu einem Metall-Polymerverbund verbunden wird und in der zweiten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station der Metall-Polymerverbund mit dem ersten Metallband zu einem Werkstoffverbund verbunden wird.
  10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff als erstes und/oder zweites Metallband und eine duroplastische oder thermoplastische Polymermatrix als Polymerfolie verwendet werden.
  11. Vorrichtung (1, 1', 1'', 1''') zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff, insbesondere nach einem Verfahren zur Herstellung des Werkstoffverbundes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend – Mittel zum Abhaspeln (6, 7, 8) eines auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten Metallbandes (3, 4) und einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie (5), – Mittel zum Vorwärmen (9, 10, 11) der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5), – Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren (12, 12', 12'') der Metallbänder (3, 4) mit der Polymerfolie (5) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) unter Druck und/oder Temperatur, – Mittel zum Abkühlen (13) und/oder Nachbearbeiten (26) des Werkstoffverbundes (2), – Mittel zum Antreiben und/oder Führen (27) der Metallbänder (3, 4), der Polymerfolie (5) und/oder des Werkstoffverbundes (2) und – Mittel zum Ablängen (14) oder Aufhaspeln (15) des Werkstoffverbundes (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1, 1', 1'') Mittel zum Vorbehandeln (16, 17) zumindest des ersten und des zweiten Metallbandes (3, 4) umfasst, wobei die Mittel zur Vorbehandlung (16, 17) eine erste Vorbehandlungseinheit (16) mit einer ersten Konditionierungsstation (16.1) zum zumindest einseitigen Konditionieren (16.11) des ersten Metallbandes (3) und eine zweite Vorbehandlungseinheit (17) mit einer Konditionierungsstation (17.1) zum zumindest einseitigen Konditionieren (17.11) des zweiten Metallbandes (4) umfassen.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditionierungsstationen (16.1, 17.1) Mittel zum Auftragen einer Beschichtung, insbesondere Mittel zum Sprühen, Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten eines Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder eines Konditionierungsstoffes, und/oder Mittel zum chemischen und/oder physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma, umfassen.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1', 1'') für die Metallbänder (3, 4) jeweils mindestens eine Trocknungsstation (18, 19) umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbehandlungseinheiten (16, 17) jeweils mindestens eine Richt- (20, 21), Schnitt- (22, 23), und/oder Reinigungsstation (24, 25) umfassen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühleinheit (13) mindestens eine Abkühlstation (13.1, 13.2) und/oder die Nachbearbeitungseinheit (26) mindestens eine Schnitt- (26.1), eine Richt- (26.2), eine Inspektions- (26.3) und/oder eine Beschichtungsstation (26.4) umfassen.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12, 12', 12'') mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12.1, 12'.1, 12''.1, 12'.2, 12''.2) umfasst.
  17. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten Werkstoffverbundes (2) zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere für den Fahrzeug-, Schiff-, Flugzeug-, Anlagen-, Maschinenbau, Haushaltswaren oder Bausektor.
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