DE102011076608A1

DE102011076608A1 - Fügeverbindung für ein Sandwichelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE102011076608A1
Application number: DE102011076608A
Authority: DE
Inventors: Jan Herold; Max Britzke; André Wagenführ
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2012-11-29

Abstract

t mit mindestens einer Kernschicht und mindestens einer Decklage offenbart. Die Kernschicht weist eine inhomogene, strukturierte Abstützung gegenüber der Decklage, auf und ist nur punktuell oder streifenförmig mit der Decklage verbunden. Die Fügeverbindung ist in Form eines T-Stoßes als lokal begrenzte Klebverbindung mit vergrößerter Kontaktfläche ausgebildet. Weitere Relationen der Abmessungen werden offenbart. Die Fügeverbindung besteht aus einer mindestens zweilagigen Klebstoffschicht, wobei sie im Schnittbild im Wesentlichen die Form einer Kehlnaht oder einer Doppelkehlnaht, insbesondere einer Doppel-Hohlkehlnaht, aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Fügeverbindung für ein Sandwichelement beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fügeverbindung für ein Sandwichelement, die sich durch hohe Festigkeit und geringe Fertigungskosten auszeichnet und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Sandwichelemente zeichnen sich durch eine hohe Tragfähigkeit bei niedrigem Gewicht aus und werden im Bauwesen, insbesondere im Rohbau, Fertigbau, im Innenausbau, als Schall- und Wärmeschutzelemente, für die Fertigung von Möbeln, Türen oder Türfüllungen, im Fahrzeugbau, insbesondere im Automobilbau, bei der Caravan-Fertigung, im Schiffs- und Bootsbau sowie im Flugzeugbau und in der Verpackungstechnik verwendet.
Aus dem Stand der Technik sind Sandwichelemente bekannt, die in der Regel einen Kern aus aufgeschäumten Werkstoffen oder einen strukturierten Kern, z. B. mit wabenförmiger, stegförmiger oder wellblechförmiger Struktur, aufweisen. Bei bekannten, mehrlagigen Sandwichkonstruktionen ist die plattenförmige Kernschicht ein- oder beidseitig mit einer Deckschicht form-, stoff- oder kraftschlüssig verbunden. Aus Gründen des Leichtbaus und aus ökologischen Aspekten werden für die dünnwandigen Decklagen vielfach Holz-, Holzwerkstoff- oder Naturfasern geringer Dicke verwendet. Daneben werden Kunststoff oder Metallbleche als Deckschichten eingesetzt.
Um die Steifigkeit des Sandwichelementes zu erhöhen, werden für die Kernlage vielfach Waben- oder Stegstrukturen eingesetzt, bei denen die in der Regel vertikal verlaufenden Stege an ihren äußeren Enden lediglich eine linienförmige Verbindung zur jeweils angrenzenden Deckschicht ermöglichen. Bei der Verklebung der Deckschichten mit der Randzone der Stege beträgt die Verbindungsfläche zwischen Kern- und Deckschicht nur einen Bruchteil der projizierten Fläche der Deckschicht. Nach dem Stand der Technik wird zum Einen die Decklage vollflächig mit Klebstoff beschichtet, um sicher zu stellen, dass beim Zusammenfügen die Schmalflächen der Stege der Kernlage gleichmäßig und ausreichend mit Klebstoff benetzt werden. Der Nachteil besteht im deutlich höheren Klebstoffverbrauch, den daraus resultierenden höheren Fertigungskosten und einer unerwünschten Vergrößerung des Gewichtes des Sandwichelementes.
So ist aus der EP 1 992 759 A2 eine Leichtbauplatte mit zwei Decklagen und einer Mittellage bekannt, bei der die Mittellage mit den Decklagen zumindest abschnittsweise durch Klebstoff verbunden ist. Dabei wird sowohl ein Montageklebstoff als auch ein Endklebstoff verwendet, wobei die Aushärtedauer des Endklebstoffs länger als die Aushärtedauer des Montageklebstoffs ist. Um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden unterschiedlichen Klebstoffe zu verhindern, werden vorzugsweise jeweils benachbarte Bereiche der Mittellage bzw. der Decklagen abschnittsweise und vollflächig mit Montageklebstoff bzw. Endklebstoff benetzt. Im Ergebnis wird – wie in den Figuren gezeigt – die gesamte Oberfläche beider Decklagen mit Klebstoff beschichtet. Daraus resultiert ein deutlich höherer Klebstoffverbrauch und höhere Fertigungskosten.
Alternativ wird der Montageklebstoff auf den zuvor applizierten Endklebstoff aufgebracht. Geschieht dies nur bereichsweise, z. B. streifenförmig, so entstehen dazwischen Hohlräume, die keine Kraftübertragung und Einleitung in die wabenförmige Struktur der Mittellage ermöglichen. Wenn demgegenüber der Montageklebstoff vollflächig auf den ebenfalls zuvor vollflächig applizierten Endklebstoff aufgebracht wird, so wird eine verhältnismäßig große Menge vom Klebstoff benötigt, die zugleich zu einer unerwünschten Gewichtszunahme und höheren Fertigungskosten führt.
In einer weiteren Alternative erfolgt das Aufbringen des Klebstoffes auf die Schmalflächen der Stege der Kernlage. Dabei werden die Schmalflächen im Wesentlichen linienförmig mit Klebstoff benetzt. Nach dem Verbinden ist die Festigkeit des Sandwichelementes deutlich reduziert, da es aufgrund von Fertigungs- und Montagetoleranzen nicht zu einer vollständigen, durchgehenden Verbindung zwischen der Deckschicht und den Schmalflächen der Stege kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fügeverbindung für ein Sandwichelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, die bei gleicher oder höherer Festigkeit einen deutlich reduzierten Klebstoffeintrag im Vergleich zur vollflächigen Beschichtung der Deckschicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruches und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 8, 9 und 10.
Die Fügeverbindung zwischen der Deckschicht und dem Steg der Kernschicht weist dazu eine vergrößerte Kontaktfläche gegenüber den bekannten Lösungen nach dem Stand der Technik auf.
Unter Steg werden im Sinne dieser Anmeldung die Elemente oder Teile der Kernschicht verstanden, die die angrenzende Decklage berühren und abstützen. Die inhomogene, strukturierte Kernschicht besteht dabei insbesondere aus aufgerichteten Stegen oder Waben, deren Schmalfläche punkt- oder streifenförmig mit der angrenzenden Decklage verbunden ist.
Unter Kontaktfläche der Fügeverbindung wird im Sinne dieser Anmeldung die Fläche verstanden, über die eine Kraftübertragung von der Decklage auf den Kern erfolgt. Die Kontaktfläche A_KONTAKT umfasst dabei die Aufstandsfläche zur Decklage A_DECK und die Anbindungsfläche zum Kern A_KERN.
Zur gezielten Vergrößerung der Kontaktfläche A_KONTAKT weisen die oberen Ränder der Schmalflächen des Steges ein- oder beidseitige Aufstands- und Anbindungsflächen auf.
Bevorzugt verlaufen die Kontaktflächen beidseitig am Rand der Schmalfläche des Steges. In einer anderen, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung sind die ein- oder beidseitig am Steg angeordneten Kontaktflächen punktuell und beabstandet angeordnet.
Die Kontaktflächen werden erfindungsgemäß gebildet durch einen mehrmaligen Klebstoffauftrag auf die Schmalflächen und/oder die angrenzenden Breitflächen der Stege.
Als Klebstoff können bei jedem Klebstoffauftrag identische aber auch unterschiedliche Klebstoffe verwendet werden. Vorzugweise werden reaktivierbare Klebstoffe eingesetzt. Alternativ ist auch der Einsatz nicht reaktivierbarer Klebstoffe möglich.
Erfindungsgemäß ist die Breite bei der Aufstandsfläche A_AUF 3 bis 30 mal größer als die projizierte Oberfläche (Schmalfläche) der, die Decklage berührenden Stege der Kern-schicht.
Beim Einsatz von schaumbildenden Polyurethan-Klebstoffen wird bevorzugt ein Verhältnis der Breite der Aufstandsfläche zur Breite der Schmalfläche, die den Kontakt zur Decklage herstellt, von 5:1 bis 30:1 gewählt. Durch die aufgelockerte Schaum-struktur der PU-Klebstoffe ist die Masse des Klebstoffes im Vergleich zur signifikant vergrößerten Aufstands- und Anbindungsfläche gering, so dass das gefügte Sandwichelement bei gleicher oder verbesserter Festigkeit eine reduzierte Masse im Vergleich zum Stand der Technik (vollflächige Klebstoffbeschichtung der gesamten Oberfläche der angrenzenden Decklage) aufweist.
Ebenso bevorzugt ist ein Verhältnis der Breite der Aufstandsfläche zur Breite der Schmalfläche von 10:1 bis 15:1. Diese Relation stellt ein optimales Verhältnis zwischen dem Zugewinn an Festigkeit und gleichzeitig reduzierten Klebstoffkosten im Vergleich zur vollflächigen Beschichtung der Deckschicht dar.
Besonders bevorzugt ist ein Verhältnis der Breite der Aufstandsfläche zur Breite der Schmalfläche von 4:1 bis 10:1. Dadurch wird eine erhöhte Festigkeit der Fügeverbindung, insbesondere bei dynamischer Beanspruchung, realisiert. Zudem bewirkt diese Ausgestaltung der Fügeverbindung ein günstiges Verhältnis zwischen dem Zugewinn an Festigkeit bei deutlich geringeren Fertigungskosten im Vergleich zum vollflächigen Klebstoffauftrag auf die Deckschicht.
Beim Einsatz von Klebstoffen aus PVAC oder von Schmelzklebstoffen (Heißklebestoffe, Heißkleber, Heißleim, Hotmelt) wird bevorzugt eine Fügeverbindung mit einem Verhältnis der Breite der Aufstandsfläche zur Breite der Schmalfläche von 3:1 bis 5:1 realisiert. Durch die größeren Klebekräfte dieser bevorzugten Klebstoffe kann die Größe der Aufstands- und Anbindungsfläche minimiert und so die aufgetragene Klebstoffmasse und die korrespondierenden Fertigungskosten gesenkt werden.
Die Herstellung der Fügeverbindung durch Vergrößerung der Aufstands- und Anbindungsfläche erfolgt im Wesentlichen in zwei Schritten:
In einem ersten Schritt erfolgt die Vergrößerung der Schmalfläche des Steges der Kernstruktur durch den Auftrag eines ersten Klebstoffes. Dabei bildet sich eine Klebstoffschicht entsprechend der Geometrie der Stegstruktur heraus. Aufgrund der Viskosität und des Verlaufens des Klebstoffes umschließt die erste Klebstoffschicht die Schmal- oder Stirnfläche des Steges und/oder die angrenzenden Bereiche beider Breitflächen des Steges und bildet nach dem Abbinden oder Aushärten eine im Wesentlichen U-förmige Struktur. In einem zweiten Schritt erfolgt der Auftrag des Klebstoffes auf die Schmalfläche des Steges, der durch die aufgebrachte erste Klebstoffschicht eine vergrößerte Oberfläche aufweist. Diese zweite Klebstoffschicht dient der Endverklebung. Nach dem Auftrag der zweiten Klebstoffschicht erfolgt die Verklebung mit der Deckschicht unter Druck und/oder Temperatur.
Falls aufgrund der Kräfte und Momente, die das herzustellende Sandwichelement aufnehmen muss, eine größere Aufstandsfläche benötigt wird, so kann der zweite Teilschritt ein- oder mehrmals wiederholt werden. Der Klebstoffauftrag erfolgt dabei mit bekannten Verfahren, wie dem Walzenauftrag oder durch Tauchen.
Durch den zwei- oder mehrfachen Klebstoffauftrag auf die Schmalseiten und die angrenzenden Bereiche der Stege wird eine deutlich vergrößerte Aufstands- und Anbindungsfläche geschaffen, die eine bessere Verbindung zwischen Kern- und Deckschicht erlaubt. Neben der Einsparung hochwertiger und teurer Klebstoffe wird die mechanische Belastbarkeit des Sandwichelementes im Vergleich zu konventionellen Verklebetechnologien und -konstruktionen signifikant gesteigert.
Für die Verklebung von Holz oder Holzwerkstoffen oder von zellulosehaltigen Materialien werden bevorzugt PVAC-Klebstoffe, PU-Klebstoffe oder Schmelzklebstoffe als Klebstoffe verwendet. Für die Verbindung von Kunststoff-Deckschichten und wabenförmigen Kernen aus Kunststoffen werden bevorzugt Epoxidharzklebstoffe als Klebstoffe eingesetzt.
Zur Verdeutlichung des Wesens der Erfindung zeigt 1 in einer vertikalen Schnittdarstellung ein konventionelles Sandwichelement, bestehend aus einer mittleren Kernlage mit einer wabenförmigen Hohlraumstruktur und zwei beidseitig angrenzenden Deckschichten. Die mittlere Kernlage 3 besteht aus einem Wabenkern. Die beiden Deckschichten 2 bestehen aus je einer hochdichten Faserplatte.
2 zeigt einen horizontalen Schnitt A-A des Sandwichelementes nach 1. Deutlich wird, dass die Schmalflächen 8 aller Stege 5 des Kerns 3 weniger als 5% der projizierten Fläche der angrenzenden Deckschicht 2 ausmachen.
3a zeigt in einer Explosionsdarstellung das Fügen eines Sandwichelementes nach dem Stand der Technik: Die beiden Deckschichten 2 werden an den, die Stirnseiten der Waben des Kerns 3 berührenden Breitflächen vollflächig mit Klebstoff 4 beschichtet. Anschließend werden der Kern 3 und die beiden Deckschichten 2 unter Druck und/oder Temperatur zusammengefügt.
Nachteilig an dieser Lösung ist der hohe Klebstoffbedarf, da die gesamte Oberfläche beider Deckschichten 2 mit Klebstoff 4 beschichtet wird. Neben den hohen Materialkosten resultiert daraus auch ein höheres Gewicht des Leichtbauelementes.
3b zeigt demgegenüber in einer Explosionsdarstellung die innovative Fügeverbindung vor dem Zusammenbringen der Fügepartner. Der Auftrag des Klebstoffes 4 erfolgt mittels Walzen sowohl auf den Schmalflächen 8 der Stege des Kerns 3, als auch auf den beiden benachbarten Breitflächen der Stege.
3c zeigt beispielshaft in einer Kavaliersperspektive eine herausgelöste Wabe eines wabenförmigen Kerns 3. Jede Wabe besteht aus sechs symmetrisch angeordneten Zellwänden. Dabei beträgt die Zellhöhe h_z 19 mm. Der Abstand gegenüberliegender Zellwände (Zellweite w_z) beträgt 15 mm.
Die Verbindung des wabenförmigen Kerns 3 mit den nicht dargestellten Decklagen 2 erfolgt über die Schmalflächen 8 der Stege 5, die als Einzelsteg 5.1 oder als Doppelsteg 5.2 ausgebildet sein können, sowie über die beiden benachbarten Breitflächen der Stege 5. Die Wanddicke s der einzelnen Zellwände des wabenförmigen Kerns 3 beträgt im Bereich der Schmalfläche 8 des Steges 5 0,2 mm. Dadurch wird deutlich, dass bei einem Klebstoffauftrag, der auf die umlaufenden Schmalflächen 8 der Stege beschränkt ist, nur in sehr eingeschränktem Umfang Kräfte und Momente auf die nicht näher dargestellten Decklagen übertragen werden können. Erst durch die innovative Ausbildung der Fügeverbindung in Form einer ein- oder beidseitigen, gegebenenfalls unterbrochen ausgebildeten Kehlnaht werden die, für die Kraftübertragung maßgeblichen Aufstandsflächen und die Anbindungsflächen der Klebeverbindung gegenüber den bekannten Lösungen des Standes der Technik signifikant vergrößert.
4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Fügeverbindung. Zur Verdeutlichung der Form der innovativen Fügeverbindung wurden der Steg des wabenförmigen Kerns und die Deckschicht nicht dargestellt. Die Klebstoffschicht 4 weist im Wesentlichen die Form einer durchgehenden Doppelkehlnaht unter Einschluss der Schmalfläche des nicht dargestellten Steges des Wabenkerns auf. Die Aufstandsfläche 4-1 stellt die Verbindung zur angrenzenden, nicht dargestellten Decklage 2 her. Die Aufstandsfläche 4-1 ist dabei gegenüber konventionellen Klebeverbindungen deutlich vergrößert und ermöglicht somit die Übertragung größerer Kräfte und Momente.
Die Anbindungsfläche 4-2 stellt die Verbindung zur (nicht dargestellten) Schmalfläche der Stege des Kerns und zu den beiden (gleichfalls nicht dargestellten), benachbarten Breitflächen der Stege her.
Durch die beanspruchungsgerechte, bogenförmige Gestaltung der Randzonen der Klebstoffschicht können auftretende Spannungen besser von der Decklage auf den Kern übertragen werden.
Um den Aufbau der Fügeverbindung weiter zu verdeutlichen zeigt 5a in einer vergrößerten Darstellung den Steg 5 mit Schmalfläche 8 und den beidseitig angrenzenden Breitflächen 9 des Kerns 3 und die obere Decklage 2 vor dem Fügen.
5b zeigt in einer vergrößerten Darstellung den Steg 5 des Kerns 3 und die Decklage 2 nach dem Fügen. Die vergrößerte Aufstands- und Anbindungsfläche 4-1, 4-2 der Fügeverbindung besteht aus einer zweilagigen Klebstoffschicht 10, 11 aus PVAC, die die Form einer durchgehenden Doppelkehlnaht aufweist.
Nach dem Aufbringen der ersten Klebstoffschicht 10 auf die Schmalfläche 8 und die beiden angrenzenden Randzonen 9 der Breitflächen 8 des Steges 5 ist die Aufstandsfläche 7-1 gegenüber konventionellen Klebefugen nach dem Stand der Technik bereits deutlich vergrößert. Auf diese vergrößerte Aufstandsfläche 7-1 wird ein- oder mehrmals eine weitere Klebstoffschicht 11 aufgebracht.
Charakteristisch für die innovative Fügeverbindung ist die vergrößerte Aufstands- und Anbindungsfläche 4-1, 4-2, 7-1, 9-1, die eine bessere Übertragung von Kräften und Momenten von der Decklage 2 in den Steg 5 ermöglicht. Durch den, im Schnitt bogenförmigen Verlauf der beiden durchgehenden Klebstoffschichten 10 können insbesondere Biegemomente besser in die Stege 5 des wabenförmigen Kerns 3 eingeleitet werden. Daraus resultiert eine deutlich höhere Beanspruchbarkeit gegenüber Schub- und Torsionsbeanspruchungen bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion der Sandwichplatte.
8a zeigt in einer Kavaliersperspektive den geschnittenen Steg 5 des Kerns 3 und die, auf der Schmalfläche 8 und den oberen Rändern beider Breitflächen 9 des Steges 5 verlaufende, durchgängige Klebefuge 10a in Form einer Doppelkehlnaht. Zur besseren Darstellbarkeit wurde die Decklage 2 nicht eingezeichnet.
8b zeigt ebenfalls in einer Kavaliersperspektive eine alternative Form der innovativen Fügeverbindung.
Die vergrößerte Aufstandsfläche besteht aus einer mehrlagigen Klebstoffschicht aus PVAC, die vollflächig auf der Schmalfläche 8 des Steges aufgebracht ist. Zusätzlich sind auf den beiden Breitflächen 9 am oberen Rand des Steges 5 zueinander beabstandete und gegeneinander versetzte Klebepunkte 10b appliziert. Dadurch wird die Aufstandsfläche für die Verbindung mit der Decklage im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik, bei denen lediglich die Schmalfläche 8 des Steges 5 mit Klebstoff benetzt ist, signifikant vergrößert.
Ein weiterer Vorteil dieser Fügeverbindung besteht darin, dass einfache dynamische Beanspruchungen, denen das Sandwichelement ausgesetzt ist, durch die punktförmige Verbindung – im Gegensatz zu einer durchgehenden Klebefuge – besser aufgenommen werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Varianten näher beschrieben und in Zeichnungen dargestellt. Die Varianten unterscheiden sich primär in der Form der Ausbildung der ersten Klebstoffschicht. Diese erste Klebstoffschicht weist nach dem Abbinden den Zustand „unausgeformt” oder „ausgeformt” auf.
Variante 1 (Klebstoffschicht in unausgeformtem Zustand):
6a zeigt die erste Klebstoffschicht 10-1a aus einem reaktivierbaren Klebstoff nach dem Aufbringen auf die Schmalfläche 8 und die angrenzenden Bereiche 9 beider Breitflächen des Steges 5.
6b zeigt die zweite Klebstoffschicht 11-1a aus einem reaktivierbaren oder nicht reaktivierbaren Klebstoff nach dem Aufbringen auf die Aufstandsfläche 4-1 der ersten Klebstoffschicht 10-1a.
6c zeigt die Phase der Kontaktierung des mit den beiden aufgebrachten Klebstoffschichten 10-1a, 11-1b versehenen Steges 5 mit der Decklage 2. Durch den Anpreßdruck der Decklage 2 wird die Klebstoffschicht 11-1b verformt.
6d zeigt den Aufbau der Fügeverbindung mit vergrößerter Aufstands- und Anbindungsfläche durch die zwei Klebstoffschichten 10-1a, 11-1c nach der abschließenden Verklebung des Kerns mit der Decklage 2.
Variante 2 (Klebstoffschicht in ausgeformtem Zustand):
7a zeigt die erste Klebstoffschicht 10-2a, bestehend aus einem reaktivierbaren oder nicht reaktivierbaren Klebstoff, nach dem Aufbringen auf die Schmalfläche und die angrenzenden Bereiche beider Breitflächen des Steges 5.
7b zeigt die erste Klebstoffschicht 10-2b nach deren Ausformung durch ein temporäres Fixieren an einer nichthaftenden Fläche bei gleichzeitigem Abbinden.
7c zeigt das Aufbringen der zweiten Klebstoffschicht 11-2a eines reaktivierbaren oder nicht reaktivierbaren Klebstoffes auf die vergrößerte Aufstandsfläche 4-1 der ersten Klebstoffschicht 10-2b.
7d zeigt den Aufbau der Fügezone nach der abschließenden Verklebung mit der Decklage 2. Durch den Anpreßdruck wird die noch nicht abgebundene zweite Klebstoffschicht 11-2b verformt und damit eine nochmals vergrößerte Aufstandsfläche geschaffen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben:
Ausführungsbeispiel 1:
Sandwichelement mit einem wabenförmigen Kern aus Wellenstoffpapier und Decklagen aus dünner, hochdichter Faserplatte für den Einsatz als Möbelbauteil:
Der schematische Aufbau einer einzelnen, stark vergrößerten Wabe des Kerns ist in einer Kavaliersperspektive in 3c dargestellt.
Die Wabe besteht aus Wellenstoff. Wellenstoff ist eine Art Altpapier, das gewöhnlich zur Herstellung der Mittellage von Wellpappe verwendet wird (Blechschmidt, J. [Hrsg.] (2010): Taschenbuch der Papiertechnik. München: Hanser).
Der Steg der Wabe, über den die Kräfte auf die angrenzende Decklage übertragen werden, besitzt eine Breite s von 0,2 mm.
Die Zellweite w_z der Wabe beträgt 15 mm, die Höhe h_z des Kerns beträgt 19 mm.
Die 6a bis 6d zeigen in vier Abbildungen das stufenweise Aufbringen eines Schmelzklebstoffes auf den Steg 5 des wabenförmigen Kerns 3 und das anschließende Fügen mit der Decklage 2.
6a zeigt das Aufbringen der ersten Klebstoffschicht eines Schmelzklebstoffes aus Ethylenvinylacetat (EVA) auf die Schmalfläche 8 und die angrenzenden Bereiche beider Breitflächen 9 der Stege 5 des Kerns 3. Zum Einsatz kommt ein Schmelzklebstoff mit hoher Reaktionstemperatur und niedriger Viskosität. Der Auftrag des Schmelzklebstoffes auf die Kernstruktur erfolgt in bekannter Weise durch eine Auftragswalze. Dabei taucht die Kernstruktur in den Schmelzklebstoff ein, berührt jedoch nicht die Walze. Der Spalt zwischen Auftragswalze und Kernstruktur beträgt vorteilhaft 0,1 mm bis 3,0 mm. Anschließend wird die erste Klebstoffschicht 10-1a gekühlt.
In einem weiteren Schritt (6b) wird eine zweite Klebstoffschicht 11-1a eines Schmelzklebstoffes aus Ethylenvinylacetat (EVA) der gleichen Produktfamilie mit auf die bereits vergrößerte Aufstandsfläche der ausgehärteten ersten Klebstoffschicht 10-1a aufgebracht. Dieser Schmelzklebstoff besitzt eine niedrigere Schmelztemperatur und höhere Viskosität als der Schmelzklebstoff der Schicht 10-1a. Dadurch wird das Abfließen des Schmelzklebstoffes aus dem Fügebereich verhindert.
Anschließend folgt eine erneute Abkühlung der Klebstoffschicht 11-1a auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes.
Dieser technologische Schritt (Klebstoffauftrag und Abkühlung) kann bei Bedarf ein oder mehrmals wiederholt werden, um eine größere Klebstoffmenge in den Fügebereich zu bringen und dadurch eine weiter vergrößerte Aufstandsfläche zu schaffen.
Anschließend erfolgt der eigentliche Fügeprozess. Dabei wird die Decklage 2 unter Druck und einer Temperatur, die mindestens oberhalb des Schmelzbereiches der Klebstoffschicht 10-1a liegt, mit dem wabenförmigen Kern 3 gefügt. Dabei entsteht die endgültige Verklebung in Form einer Doppelkehlnaht. Während des sich anschließenden Abkühlprozesses werden die Decklagen 2 und der Kern 3 unter Druck in ihrer endgültigen Lage fixiert.
Das Verhältnis der Breite der Aufstandsfläche zur Breite der Schmalfläche des Steges beträgt nach der Verklebung 3,2:1.
Ausführungsbeispiel 2:
Sandwichelement mit einem nicht explizit dargestellten röhrenförmigen Kern (Tubuskern) aus Polypropylen (PP) und Decklagen aus glasfaserverstärktem Polypropylen (PP) für den Einsatz als Bauelement im Schiffs-Innenausbau:
7 zeigt in einer alternativen Ausgestaltung in vier Abbildungen das stufenweise Aufbringen eines Epoxydharzklebstoffes und das anschließende Fügen des Steges 5 eines Tubuskerns mit einer planen Decklage 2.
7a zeigt das Aufbringen der ersten Klebstoffschicht 10-2a eines Epoxydharzklebstoffes auf die Schmalfläche 8 und die angrenzenden oberen Bereiche der Breitflächen 9 des Steges 5 des Tubuskernes. Der Klebstoffauftrag erfolgt in an sich bekannter Weise mittels Walze, wobei die Kernstruktur unmittelbar in den Klebstoff eintaucht. Dabei lagert sich der Klebstoff im Bereich der Anbindungsfläche 4-2 an.
In einem nachfolgenden Prozess bindet die erste Klebstoffschicht 10-2a ab. Um die gewünschte Doppelkehlnaht-Struktur im oberen Bereich des Steges 5 zu schaffen, wird der Tubuskern vorzugsweise durch eine Fixiervorrichtung mit Bändern geführt. Die Oberflächen der Bänder weisen eine Antihaftbeschichtung auf. Der Klebstoff lagert sich zunächst an der Oberfläche an. Durch das Aufbringen von Druck in der Fixiervorrichtung verformt sich die im Schnitt (vgl. 7a) tropfenförmige Klebstoffschicht 10-2a und nimmt die Form einer, den Steg im Bereich der Anbindungsfläche 4-2 beidseitig umschließenden Doppelkehlnaht 10-2b an (vgl. 7b). Bei Verlassen der Fixiervorrichtung mit Bändern löst sich die Klebstoffschicht 10-2b vollständig ausgeformt von der Oberfläche des Bandes ab. Nachdem die erste Klebstoffschicht 10-2b vollständig abgebunden ist und eine deutlich vergrößerte Aufstandsfläche 4-1 geschaffen wurde, erfolgt der Auftrag einer weiteren Kleb-stoffschicht 11-2a aus Epoxydharz auf die vergrößerte Aufstandsfläche (7c).
Im Anschluss erfolgt während der offenen Zeit der Klebstoffschicht 11-2a der Fügeprozess (7d), bei dem die Decklage 2 mit der vergrößerten Aufstandsfläche 4-1 am oberen Rand des Steges 5 des des Tubuskerns verbunden wird.
Ausführungsbeispiel 3 (Klebstoffschicht unausgeformt):
9 zeigt ein Verfahren zum Aufbringen von mindestens zwei Klebstoffschichten 10-1a und 11-1a auf einen Kern 3. Der Materialfluss erfolgt von links nach rechts.
Der Kern 3 wird auf seiner Ober- und Unterseite mit Klebstoff 22a, einem Ethylenvinylacetet-Schmelzklebstoff mit hoher Schmelztemperatur, durch eine Klebstoffauftragseinrichtung, bestehend aus einer Klebstoffauftragswalze 20 und einem Rakelbecken 21, beschichtet. Dadurch entsteht die erste Klebstoffschicht 10-1a (nicht dargestellt). Zum schnelleren Abbinden der Klebstoffschicht 10-1a wird eine Kühlung verwendet. Die Luftkühlung 23 erzeugt einen Luftstrom 24, der nach Durchströmen des Kerns 3 über eine Absaugung 25 abgeführt wird. Im Anschluss wird der Kern 3 mit der Klebstoffschicht 10-1a an seiner Ober- und Unterseite durch eine Klebstoff-auftragseinrichtung, bestehend aus einer Klebstoffauftragswalze 20 und einem Rakelbecken 21, mit Klebstoff 22b, einem Ethylenvinylacetet-Schmelzklebstoff mit niedrigerer Schmelztemperatur als 22a, beschichtet. Dadurch entsteht auf der Klebstoffschicht 10-1a die zweite, gleichfalls nicht dargestellte Klebstoffschicht 11-1a. Anschließend wird die Decklage 2 vom Rollenspeicher 26 über die dicht zum Kern 3 beabstandete Umlenkrolle 27 beidseitig zugeführt.
Das beidseitige Verbinden der Decklage 2 mit dem Kern 3 erfolgt mittels einer Doppelbandpresse 28 (verkürzt dargestellt). Diese setzt sich zusammen aus Antriebswalzen 29, der Heizzone 30 und der Kühlzone 31. Nach dem Fügen des Kerns 3 mit den Decklagen 2 werden die übereinanderliegenden Klebstoffschichten 10-1a und 11-1a in der Heizzone 30 erwärmt und dadurch fließfähig, wodurch sich beidseitig die endgültige Form der Doppelkehlnahtverklebung von Kern und Decklage herausbildet.
In der Kühlzone 31 bindet der Klebstoff in seiner endgültigen Form ab, wodurch die Sandwichplatte 1 entsteht.
Alternativ wird beim Einsatz von Klebstoffen 22a, die zum schnellen Abbinden statt einer Kühlung externe Wärmezufuhr benötigen (z. B. PVAC-Dispersionsklebstoff), anstelle der Luftkühlung 23 eine Heizvorrichtung eingesetzt.
Ausführungsbeispiel 4 (Klebstoffschicht ausgeformt):
10 zeigt ein Verfahren zum Aufbringen von mindestens zwei (aus zeichnerischen Gründen nicht dargestellten) Klebstoffschichten 10-2a und 11-2a.
Klebstoffschicht 10-2a, bestehend aus einem Klebstoff 22a (Polyurethanklebstoff), wird genau wir in 9 aufgebracht. Im Unterschied zum Verfahren nach 9 wird anstelle der Luftkühlung 23 eine Fixiervorrichtung mit Bändern 32 eingesetzt, in der die Klebstoffschicht 10-2a ausgeformt wird, wobei der Klebstoff abbindet und ausreagiert. Die Klebstoffschicht nimmt die Form einer, den Steg im Bereich der Anbindungsfläche 4-2 beidseitig umschließenden Doppelkehlnaht mit einer großen Aufstandsfläche 4-1 an. Analog zu 9 wird die Klebstoffschicht 10-2a in einem zweiten Auftrag mit einer Klebstoffschicht 11-2a versehen. Als Klebstoff 22b wird ein Polyurethanklebstoff höherer Viskosität verwendet. Der beschichtete Kern 3 wird mit der Deckschicht 2 in der Doppelbandpresse 28 gefügt. Dabei erfolgt das Abbinden der Klebstoffschicht 11-2a, beschleunigt durch Wärmezufuhr in der Heizzone 30. Die Sandwichplatte 1 wird in der Kühlzone 31 konditioniert und anschließend aus der Doppelbandpresse 28 aus-gegeben.
Bezugszeichenliste

1: Sandwichplatte
2: Decklage
3: Kern
4: Klebstoff
4-1: Aufstandsfläche
4-2: Anbindungsfläche
5: Steg
5.1: Einzelsteg
5.2: Doppelsteg
6: äußere Breitfläche der Decklage, Außenseite
7: innere Breitfläche der Decklage, Innenseite
7-1: verklebungswirksame innere Breitfläche der Decklage
8: Schmalfläche des Steges
9: Breitfläche des Steges
9-1: verklebungswirksame Breitfläche des Steges
10: Klebstoffschicht 1
10a: Klebstoffschicht 1 durchgängiger Auftrag
10b: Klebstoffschicht 1 punktueller/lokaler Auftrag
10-1a: Klebstoffschicht 1 nach dem Auftrag
10-1b: Klebstoffschicht 1 im Endzustand nach Umformung
10-2a: Klebstoffschicht 1 nach dem Auftrag
10-2b: Klebstoffschicht 1 im Endzustand nach Ausformung
11: Klebstoffschicht 2
11-1a: Klebstoffschicht 2 nach dem Auftrag
11-1b: Klebstoffschicht 2 nach dem Verbinden mit Fügeteil (Decklage)
11-1c: Klebstoffschicht 2 im Endzustand
11-2a: Klebstoffschicht 2 nach dem Auftrag
11-2b: Klebstoffschicht 2 im Endzustand
20: Klebstoffauftragswalze
21: Rakelbecken
22a: Klebstoff a
22b: Klebstoff b
23: Luftkühlung
24: Luftstrom
25: Absaugung
26: Rollenspeicher für Decklage (2)
27: Umlenkrolle (dicht beabstandet)
28: Doppelbandpresse (verkürzt dargestellt)
29: Antriebswalze
30: Heizzone
31: Kühlzone
32: Fixiervorrichtung mit Bändern

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1992759 A2 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Blechschmidt, J. [Hrsg.] (2010): Taschenbuch der Papiertechnik. München: Hanser [0055]

Claims

Fügeverbindung für ein Sandwichelement mit mindestens einer Kernschicht und mindestens einer Decklage, wobei die Kernschicht eine inhomogene, strukturierte Abstützung gegenüber der Decklage, insbesondere in Form von Stegen und/oder Waben aufweist und nur punktuell oder streifenförmig mit der Decklage verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeverbindung in Form eines T-Stoßes als lokal begrenzte Klebverbindung mit vergrößerter Kontaktfläche A_KONTAKT ausgebildet ist, bei der die Aufstandsfläche A_AUF 3 bis 30 mal größer als die Schmalfläche der die Decklage berührenden Teile der Kernschicht ist und die Anbindungsfläche A_AN eine flächenhafte Verbindung zu den Randbereichen der, die Decklage berührenden Teile der Kernschicht herstellt, dass die Fügeverbindung aus einer mindestens zweilagigen Klebstoffschicht besteht und die Fügeverbindung im Schnittbild im Wesentlichen die Form einer Kehlnaht oder einer Doppelkehlnaht, insbesondere einer Doppel-Hohlkehlnaht, aufweist.
Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Aufstandsfläche A_AUF zur Breite b_S der Schmalfläche des Steges (8) ein Verhältnis von 3:1 bis 30:1 aufweist.
Fügeverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Aufstandsfläche A_AUF zur Breite b_S der Schmalfläche des Steges (8) ein Verhältnis von 5:1 bis 30:1, bevorzugt von 10:1 bis 15: 1 aufweist.
Fügeverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Aufstandsfläche A_AUF zur Breite b_S der Schmalfläche des Steges (8) ein Verhältnis von 10:1 bis 15:1 aufweist.
Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht aus Papier- oder Kunststofflagen, Draht- oder Textilkernen, Hohl- oder Kastenprofilen, Faltblechen, Wellblechen, aus Wabenkernen oder Tubuskernen besteht.
Fügeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausbildung der einzelnen Klebstoffschichten Klebstoffe mit gleichen oder unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, bevorzugt PVAC-Klebstoffe, Schmelzklebstoffe oder Polyurethan-Klebstoffe verwendet werden.
Fügeverbindung nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ausbildung der Klebstoffschichten reaktivierbare Klebstoffe verwendet werden.
Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung für ein Sandwichelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kernschicht 3 auf der Ober- und Unterseite durch mehrmaliges Tauchen mit mindestens einem Klebstoff benetzt und nachfolgend auf die Kernschicht 3 beidseitig eine Decklage 2 aufgebracht und unter Druck mit der Kernschicht 3 verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung für ein Sandwichelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kernschicht 3 auf der Ober- und Unterseite durch mehrmaligen Walzenauftrag mit mindestens einem Klebstoff benetzt und nachfolgend auf die Kernschicht 3 beidseitig eine Decklage 2 aufgebracht und unter Druck mit der Kernschicht 3 verbunden wird.
Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung für ein Sandwichelement, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Kernschicht 3 auf der Ober- und Unterseite mit einem Klebstoff mit hoher Schmelztemperatur mittels einer Klebstoffauftragseinrichtung beschichtet wird, dass nachfolgend diese erste Klebstoffschicht abgekühlt wird, dass auf die Kernschicht 3 mindestens eine weitere Klebstoffschicht aufgebracht wird, wobei der Klebstoff eine niedrigere Schmelztemperatur als der zuvor aufgebrachte Klebstoff aufweist, dass nachfolgend auf die Kernschicht 3 beidseitig eine Decklage 2 aufgebracht und mittels einer Doppelbandpresse verbunden wird.