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DE4208812A1 - Vorrichtung und verfahren zum herstellen einer leichtbauplatte sowie danach hergestellte leichtbauplatte - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum herstellen einer leichtbauplatte sowie danach hergestellte leichtbauplatte

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Publication number
DE4208812A1
DE4208812A1 DE4208812A DE4208812A DE4208812A1 DE 4208812 A1 DE4208812 A1 DE 4208812A1 DE 4208812 A DE4208812 A DE 4208812A DE 4208812 A DE4208812 A DE 4208812A DE 4208812 A1 DE4208812 A1 DE 4208812A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
support core
lightweight
layers
thermoplastic
heating
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
DE4208812A
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Bauer
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.)
Tubus Bauer GmbH
Original Assignee
Tubus Bauer GmbH
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 Tubus Bauer GmbH filed Critical Tubus Bauer GmbH
Priority to DE4208812A priority Critical patent/DE4208812A1/de
Publication of DE4208812A1 publication Critical patent/DE4208812A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen, einen Stützkern aufweisenden Leichtbau­ platte, wobei die einzelnen Schichten miteinander verbunden werden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine danach hergestellte Leichtbauplatte sowie eine Vorrichtung zum Her­ stellen dieser Leichtbauplatten.
Leichtbauplatten weisen bei geringem Gewicht eine hohe Festig­ keit auf. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Stützkern, zum Beispiel mit einer Wabenstruktur, und auf dessen Stirnsei­ ten aufgebrachten Deckschichten.
Der Stützkern hat die Aufgabe, die beiden Deckschichten auch bei hoher Belastung im gegebenen Abstand zu halten und die eingeleiteten Kräfte von einer Deckschicht auf die andere zu übertragen.
Es ist bereits bekannt, Deckschichten aus Metall oder Faser­ verbundwerkstoffen auf beiden Seiten des Stützkernes aufzukle­ ben. Die Verbindung dieser Deckschichten mit dem Kernwerkstoff erfolgt dabei meist mittels zweikomponentigen Klebstoffen auf Epoxid- oder Polyurethan-Basis.
Der Stützkern kann zum Beispiel aus duroplastischem oder ther­ moplastischem Material oder zum Beispiel auch aus Aluminium bestehen.
Bedingt durch diese unterschiedlichen, bei der fertigen Leichtbauplatte miteinander praktisch untrennbar verbundenen Werkstoffe - Stützkernwerkstoff, Deckschichtwerkstoff, Kleb­ stoffe - ist eine Wiederverwertung (Recycling) in der Praxis nicht durchführbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein danach hergestelltes Produkt und eine Vorrichtung zum Herstel­ len einer Leichtbauplatte zu schaffen, wobei die Möglichkeit der problemlosen Material-Wiederverwertung der Leichtbauplatte vorhanden ist. Außerdem soll die Herstellung vereinfacht sein und schließlich sollen hinsichtlich der guten Eigenschaften der Leichtbauplatte die bisherigen zumindest beibehalten blei­ ben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird einerseits insbesondere vorge­ schlagen, daß die im wesentlichen aus thermoplastischem Mate­ rial bestehenden Schichten und der Stützkern der Leichtbau­ platten an ihren Kontaktstellen thermoplastisch verschmolzen werden.
Es werden somit beim Verbinden der Teile der Leichtbauplatte keine Zusatzmaterialien benötigt, so daß die Leichtbauplatte insgesamt praktisch aus einem homogenen Werkstoff besteht. Da­ mit ist eine Recyclingfähigkeit, das heißt auf einfache Weise ein Einschmelzen und erneutes Verwenden des Werkstoffes gut möglich.
Es besteht nach einer Weiterbildung der Erfindung auch die Möglichkeit, daß Armierfasern oder Armiergewebe mit thermopla­ stischem Material umhüllt und dann thermoplastisch als Schicht mit dem Stützkern verbunden wird.
Auch hierbei ist eine Materialwiederverwertung gut möglich, indem die zu recycelnden Leichtbauplatten zunächst zermahlen werden, wobei die Armierfasern in Kurzfasern zerschlagen wer­ den. Beim erneuten Aufschmelzen des thermoplastischen Materia­ les bilden die enthaltenen Kurzfasern eine festigkeitsför­ dernde Armierung.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte, erfin­ dungsgemäße Leichtbauplatte ist insbesondere dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Stützkern und die Deckschicht(en) aus ther­ moplastisch miteinander verbindbaren Materialien bestehen. Dabei können die Einzelteile der Leichtbauplatte - Stützkern, Deckschichten - homogen aus thermoplastischem Material beste­ hen oder aber auch so strukturiert sein, daß ein Verbinden un­ ter Wärmeeinfluß möglich ist.
Somit können nach einer Ausgestaltung der Erfindung die Deck­ schicht(en) aus thermoplastischem Material mit eingeschmol­ zenem Armiergewebe oder dergleichen und/oder aus Armiergewebe oder dergleichen mit thermoplastischer Ummantelung bestehen. Auch hierbei ist alleine unter Wärmeeinfluß ein Verbinden der Deckschichten mit dem Stützkern möglich.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer erfin­ dungsgemäßen Leichtbauplatte ist dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen beheizten Kaschierkörper zum Kontakter­ wärmen einer Deckschicht- und/oder einer Stützkern-Oberfläche aufweist.
Zum Verbinden der Deckschichten mit dem Stützkern genügt das Zuführen von Wärme, so daß einerseits das Herstellungsverfah­ ren, gleichzeitig aber auch die Vorrichtung zum Herstellen we­ sentlich vereinfacht sein können.
Insbesondere bei vergleichsweise dünnen, folienartigen Deck­ schichten können als Kaschierkörper beheizte Walzen vorgesehen sein. Damit können die Deckschichten durchgehend erwärmt und auf den Stützkern aufkaschiert werden, wobei auch der Kern­ werkstoff oberflächlich angeschmolzen wird.
Insbesondere bei dickeren Deckschichten oder wenn diese eine eingebettete Armierung aufweisen, ist es zweckmäßig, wenn ge­ gebenenfalls zusätzlich zu beheizten Kaschierwalzen Kaschier­ körper mit zwei gegenüberliegenden Heizseiten zum gleichzeiti­ gen Erwärmen beider miteinander zu verschmelzender Oberflächen der Leichtbauplattenschichten vorgesehen sind und wenn dieser Heizkörper als Heizkeil ausgebildet ist.
Dadurch wird zweiseitig sowohl die Deckschicht als auch die Stützkernoberfläche erwärmt, so daß gezielt im Bereich der später aufeinanderliegenden Seiten genügend Wärme zum An­ schmelzen und sicheren Verbinden zugeführt werden kann.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung zum Herstellen einer Leichtbauplatte,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 etwas erweiterte, schematisierte Herstellungsvorrichtung,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer Leichtbauplatte in einem Teil­ ausschnitt und
Fig. 4 eine hinsichtlich der Deckschichten gegenüber Fig. 3 abgewandelte Ausführungsform einer Leichtbauplatte.
Wie gut aus Fig. 3 und 4 erkennbar, besteht eine Leichtbau­ platte 1 im wesentlichen aus einem Stützkern 2 sowie beidsei­ tig auf diesen aufgebrachte und damit verbundene Deckschichten 3 und 4.
Der Stützkern 2 kann eine Wabenstruktur aufweisen und aus ein­ zelnen, seitlich miteinander verbundenen Röhrchenabschnitten bestehen oder er kann als Sechseckwabe aus thermoplastischen Folien mit versetzten Nähten gebildet sein.
Außerdem können als Stützkern-Werkstoff auch thermoplastische Schäume verwendet werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 bestehen die Deckschichten 3 und 4 sowie der Stützkern 2 durchgehend homogen aus thermo­ plastischem Material. Dadurch können die Bauteile 2 bis 4 der Leichtbauplatte 1 lediglich unter Wärmeeinfluß miteinander verbunden werden. Dazu genügt es, die aufeinander zu liegen kommenden Seiten von Stützkern und Deckschichten zu erwärmen und anzuschmelzen, und dann in diesem Zustand aufeinander zu pressen. Die angeschmolzenen Schichtbereiche schmelzen dabei ineinander und bilden nach dem Erkalten die Verbindungsschicht 5.
Fig. 4 zeigt eine etwas abgewandelte Ausführungsform einer Leichtbauplatte 1a, wobei die Deckschichten 3 und 4 ebenfalls aus thermoplastischem Material, hier jedoch mit eingeschmol­ zenem Armiergewebe 6 bestehen. Je nach Anforderungen an die fertige Leichtbauplatte kann die Armierung in thermoplasti­ sches Material eingeschmolzen sein oder aber es besteht auch die Möglichkeit, daß das zum Beispiel aus Glas, Kohlenstoff oder dergleichen bestehende und somit thermisch stabile Mate­ rial mit einer thermoplastischen Ummantelung versehen ist. Diese Ummantelung ermöglicht dann ein problemloses Verbinden mit der Stützkernoberfläche unter Einfluß von Wärme.
Beim Recyceln einer Leichtbauplatte 1a wird diese zunächst zermahlen und dieser Werkstoff wird dann entweder insgesamt oder vorzugsweise anteilig für die Herstellung von Deckschich­ ten 3 und 4 oder eines Stützkernes 2 verwendet. Die im thermo­ plastischen Material enthaltenen Kurzfasern haben dabei eine festigkeitsfördernde Wirkung. In dieses Materialgemisch können aber wiederum, wie in Fig. 4 gezeigt, Armiergewebe 6 oder dergleichen eingelegt werden.
Es ist somit auch bei einer im wesentlichen aus thermoplasti­ schem Material mit darin befindlichem Armierwerkstoff beste­ henden Leichtbauplatte 1a problemlos ein Recyceln möglich.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn auf den Stützkern 2 eine Deckschicht zum Beispiel aus Glasge­ webe als Zwischenlage aufgebracht wird. Eine solche Gewebelage kann unter Wärmeeinfluß etwas in die Oberflächen des Stütz­ kernes 2 eingepreßt werden und bildet dann einen Abschluß, der sonst offenen Wabenenden. Es findet hierbei auch ein thermo­ plastisches Verschmelzen und Verbinden statt, wobei das ther­ moplastische Material des Stützkernes 2 das Gewebe durchdringt und dieses dann im wesentlichen formschlüssig festhält.
Bei der weiteren Verarbeitung können auf diesen, mit einem Ge­ webe belegten Stützkern 2 entweder thermoplastische Deck­ schichten aufgebracht werden oder aber es besteht auch die Möglichkeit, ein glasfaserverstärktes Kunststoff-Laminat naß unter Zuhilfenahme von Epoxyd- oder Polyesterharz aufzubrin­ gen. Dabei wird durch die Zwischenlagen ein Einfließen von Harz ins Wabeninnere vermieden.
Im letzten Falle beschränkt sich die Recyclingfähigkeit auf das Zwischenprodukt bestehend aus Stützkern und thermopla­ stisch damit verbundener Zwischenlage.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematische angedeutete Vorrich­ tungen 7 beziehungsweise 7a zum Verbinden zweier Deckschichten 3 und 4 mit einem Stützkern 2.
Der Stützkern 2 wird, wie in Fig. 1 erkennbar, außenseitig durch Walzen 8 geführt, zwei beheizten Kaschierwalzen 9 zuge­ führt, die beidseitig des durchlaufenden Stützkernes 2 ange­ ordnet sind.
Um die Kaschierwalzen 9 herum werden die zum Beispiel folien­ artigen Deckschichten 3 und 4 zugeführt und dabei im Bereich der Kaschierwalzen 9 mit Hilfe von Andrückwalzen 10 an die Ka­ schierwalzen angedrückt. Dies dient zum Kontakterwärmen und dabei zur Wärmeübertragung von den Kaschierwalzen auf die durchlaufenden Deckschichten 3 und 4.
Die Erwärmung der Deckschichten durch die Kaschierwalzen 9 ist so bemessen, daß das Material durchgängig erwärmt und soweit angeschmolzen wird, daß von den erwärmten Deckschichten soviel Wärmeenergie auf den Kernwerkstoff übertragen werden kann, daß auch dieser oberflächlich aufgeschmolzen wird. Damit wird eine homogene Verbindung zwischen den beiden zu verbindenden Teilen aus thermoplastischem Material erreicht.
Die Kaschierwalzen 9 dienen auch zum Andrücken der angeschmol­ zenen Deckschichten auf die Oberflächen des Stützkernes 2. Mit Abstand zu diesen Kaschierwalzen sind noch angetriebene Ab­ zugswalzen 11 angeordnet, um die fertige Leichtbauplatte 1 ab­ zutransportieren.
Es können mit der Vorrichtung 7 beziehungsweise 7a quasi end­ lose Leichtbauplatten hergestellt werden, die dann mit einer hier nicht dargestellten Trennvorrichtung in passende Größe beziehungsweise Form geschnitten werden können.
Fig. 2 zeigt noch eine Variante einer Herstellungsvorrichtung 7a, bei der die zu verbindenden Schichten der verschiedenen Teile 2 bis 4 einer Leichtbauplatte 1a beidseitig erwärmt und dann miteinander verbunden werden. Dazu sind Heizkeile 12 vor­ gesehen, die jeweils mit ihrer einen Seite 13 einer Oberfläche des Stützkernes 2 und mit ihrer anderen Seite 14 der mit dem Stützkern 2 zu verbindenden Seite einer Deckschicht zugewandt ist. Dadurch können die beiden mit beim Zusammenschmelzen auf­ einanderliegenden Seiten der Deckschicht und des Stützkernes gleichzeitig erwärmt werden, wodurch einerseits eine intensive Erwärmung der zu verbindenden Schichtbereiche möglich ist und andererseits kann dadurch gegebenenfalls auch die Durchlaufge­ schwindigkeit und damit die Herstellungsgeschwindigkeit ver­ größert werden.
Die erwärmten und innenseitig angeschmolzenen Deckschichten 3 und 4 werden direkt nach dem Heizkeil von Anpreßwalzen 15 auf den ebenfalls oberflächlich angeschmolzenen Stützkern 2 aufge­ preßt.
Die Anpreßwalzen 15 können gegebenenfalls auch als Kaschier­ walzen ausgebildet und beheizbar sein, was unter Umständen bei bestimmten Deckschichtmaterialien beziehungsweise Deck­ schichtaufbauten vorteilhaft sein kann. Insbesondere bei dickeren und/oder mit einer Armierung versehenen Deckschichten kann dadurch eine intensivere Erwärmung beziehungsweise eine Vorerwärmung der Deckschichten und dann bei den Heizkeilen 12 eine weitere Erwärmung bis zum Anschmelzen vorgenommen werden. Bei dem Erwärmen durch Heizkeile 12 handelt es sich praktisch um ein Spiegelschweißen.
Insgesamt ist durch die Verwendung von thermoplastischen Mate­ rialien für die Teile der Sandwich- oder Leichtbauplatte ein sehr einfaches Herstellverfahren anwendbar, da die Verbindung der Deckschichten 3, 4 mit dem Stützkern 2 nur durch Wärmeein­ fluß erfolgen kann.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen, einen Stützkern aufweisenden Leichtbauplatte, wobei die einzel­ nen Schichten miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen aus thermoplasti­ schem Material bestehenden Schichten und der Stützkern der Leichtbauplatte an ihren Kontaktstellen thermoplastisch verschmolzen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide zu verbindenden Schichten erwärmt und an­ geschmolzen und in angeschmolzenem Zustand aufeinander ge­ preßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Schichten jeweils beidseitig er­ wärmt und dann miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Armierfasern oder Armiergewebe mit thermoplastischem Material umhüllt und dann thermoplas­ tisch als Schicht mit dem Stützkern verbunden werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fließ-, Faser- oder Gewebeschicht aus Armiermaterial in die Stützkern-Oberfläche(n) einge­ schmolzen wird.
6. Leichtbauplatte mit wenigstens einem Stützkern sowie wenigstens einer mit dem Stützkern verbundenen Deck­ schicht, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stütz­ kern (2) und die Deckschicht(en) (3, 4) aus thermoplas­ tisch miteinander verbindbaren Materialien bestehen.
7. Leichtbauplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht(en) (3, 4) aus thermoplastischem Mate­ rial mit eingeschmolzenem Armiergewebe (6) oder derglei­ chen und/oder aus Armiergewebe oder dergleichen mit thermoplastischer Ummantelung bestehen.
8. Leichtbauplatte nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Deckschichten (3, 4) oder der Stützkern (2) aus thermoplastischem Material mit darin verteilten Fasern zum Beispiel aus Glas, Kohlenstoff oder dergleichen bestehen.
9. Leichtbauplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkern (2) aus thermoplasti­ schem Material besteht und entweder eine Wabenstruktur aufweist oder aus thermoplastischem Schaummaterial be­ steht.
10. Leichtbauplatte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stützkern (2) und wenigs­ tens einer Deckschicht (3, 4) eine Zwischenlage aus in die stirnseitigen Oberflächen des Stützkernes (2) und/oder der Deckschicht (3, 4) eingeschmolzenem Faserstoff oder Gewebe vorgesehen ist.
11. Vorrichtung zum Herstellen von mehrschichtigen, wenigstens einen Stützkern sowie eine Deckschicht aufweisenden Leichtbauplatten nach einem der Ansprüche 6 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung wenigstens einen beheizten Kaschierkörper (9, 12) zum Kontakterwärmen einer Deckschicht (3, 4) und/oder einer Stützkern-Oberfläche aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaschierkörper als beheizte Walze (9) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaschierkörper zwei gegenüberliegende Heizseiten zum gleichzeitigen Erwärmen beider miteinander zu verschmel­ zender Oberflächen der Leichtbauplatten-Schichten aufweist und vorzugsweise als Heizkeil (12) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig einer Transportstrecke zur Herstellung von Leichtbauplatten (1, 1a) jeweils gegen­ überliegend beheizte Kaschierwalzen (9) mit dort befindli­ chen Andrückwalzen (10) zum Erwärmen und Zuführen von Deckschichten oder dergleichen vorgesehen sind und daß der Abstand der Kaschierwalzen (9) zum Durchführen und Beauf­ schlagen der fertigen Leichtbauplatte (1, 1a) bemessen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Zuführbereich der Deckschichten (3, 4), vorzugsweise bei den Kaschierwalzen (9), Heizkeile (12) zur Erwärmung der Deckschicht(en) (3, 4) und der Stützkernoberflächen angeordnet sind.
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