[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leichtbau-Verbundelement für verschiedenste Verwendungszwecke sowie auch ein Verfahren zu seiner Herstellung. Schliesslich werden einige besondere Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau-Verbundelementes aufgezeigt.
[0002] Leichtbau-Verbundelemente sind seit langem bekannt und sie werden in verschiedenen Konstruktionen und aus verschiedenen Materialien hergestellt. Oftmals spricht man von Sandwich-Konstruktionen oder von Konstruktionen, die als Kern ein Sandwich einschliessen. Ein solches Sandwich besteht im Wesentlichen aus zwei beabstandeten Platten oder plattenähnlichen Elementen, die über zwischenliegende Abstandhalter miteinander verbunden sind.
Diese Abstandhalter sind meist von einer solchen Form, dass sie erhebliche Druckkräfte aufnehmen können, das heisst die durch sie verbundenen und von ihnen beabstandet gehaltenen Platten können grosse Auflagedrucke aushalten. Gleichzeitig sorgen die Abstandhalter für die Aufnahme von Verschiebekräften, das heisst die begrenzenden Platten können nicht mehr relativ zueinander in ihrer Verlaufrichtung verschoben werden. Je grösser der Normalabstand der Platten eines solchen Elementes ist, umso grösser ist im Allgemeinen die Biegesteifigkeit eines solchen Verbundelementes. Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Aluminiumbleche, die mittels einer Aluminiumstruktur etwa in Form von Bienenwaben verbunden sind. Man erhält mit vergleichsweise dünnen Sandwich-Elementen mit einem minimalen Gewicht eine maximale Biegesteifigkeit und Tragfähigkeit.
Derartige Sandwich-Platten werden deshalb etwa als Flugzeug-Innenraumböden eingesetzt. Es gibt eine Vielzahl von anderen Anwendungszwecken, mit unterschiedlichen Materialien und speziellen Konstruktionen des jeweiligen Aufbaus der Verbundelemente. Immer jedoch werden zwei oder mehr Platten beabstandet voneinander fest miteinander verbunden.
[0003] Bekannte Sandwich-Leichtbauelemente sind durchwegs verhältnismässig teuer und daher ist ihr Anwendungsspektrum entsprechend eingeschränkt auf Fälle, wo sich ihr hoher Preis rechtfertigen lässt oder aus technischen Gründen einfach in Kauf genommen werden muss.
[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leichtbau-Verbundelement zu schaffen, das ganz erheblich einfacher und aus kostengünstigem Rohmaterial herstellbar ist, sodass aufgrund seiner Preisgünstigkeit ganz neue Verwendungszwecke erschlossen werden können.
Ausserdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren zur kontinuierlichen Herstellung dieses Leichtbau-Verbundelementes anzugeben und schliesslich eine Reihe spezifischer Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau-Verbundelementes aufzuzeigen.
[0005] Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Leichtbau-Verbundelement, das sich dadurch auszeichnet, dass es aus wenigstens zwei Noppenfolien oder Noppenplatten aus Kunststoff aufgebaut ist, das heisst aus Kunststofffolien oder -platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, und welche Noppenfolien oder -platten mit den Noppen zueinander hin gerichtet miteinander verschweisst oder verklebt sind.
[0006] Die Aufgabe wird andrerseits gelöst von einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Leichtbau-Verbundelementes, das sich dadurch auszeichnet,
dass wenigstens zwei Noppenfolien oder -platten aus Kunststoff, das heisst wenigstens zwei Kunststofffolien oder -platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, maschinell ab Rolle oder ab Stapeln mit den Noppen zueinander hin gerichtet an einem Automaten vorbeigeführt werden und von diesem beim Vorbeifahren miteinander verschweisst oder verklebt werden.
[0007] Schliesslich wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung eines Leichtbau-Verbundelementes, das aus wenigstens zwei Noppenfolien oder -platten aus Kunststoff bestehen, das heisst aus wenigstens zwei Kunststofffolien oder -platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, und welche Noppenfolien- oder -platten mit den Noppen zueinander hin gerichtet miteinander verschweisst oder verklebt sind, für die Erstellung von Spriesswänden,
Trenn- und Isolierwänden, sowie als Tragplatte im Hoch-, Tief- und Tunnelbau sowie im Fahrzeugbau.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei mehrere Ausführungsvarianten dieses Leichtbau-Verbundelementes offenbart werden. Gleichermassen wird auch das Verfahren zu seiner Herstellung vorgestellt und einige Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau-Verbundelementes werden aufzeigt und erläutert.
[0009] Es zeigt:
<tb>Fig. 1:<sep>eine Noppenfolie aus Polyethylen als Grundelement für die Herstellung dieser Leichtbau-Verbundelemente;
<tb>Fig. 2:<sep>eine erste Variante eines Leichtbau-Verbundelementes minimaler Dicke aus zwei Polyethylen-Noppenplatten oder -folien;
<tb>Fig. 3:<sep>eine zweite Variante eines Leichtbau-Verbundelementes maximaler Dicke aus zwei Polyethylen-Noppenplatten oder -folien;
<tb>Fig. 4:<sep>ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Fig. 3 in Vorbereitung zum Aufbringen von Deckplatten;
<tb>Fig. 5:<sep>ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Fig. 3 mit oben und unten aufgeschweissten Deckplatten als fertige Sandwichplatte;
<tb>Fig. 6:<sep>ein Leichtbau-Verbundelement in Form eines Schalenelementes aus zwei gemäss Fig. 2 miteinander verbundenen, gekrümmt miteinander verschweissten Noppenfolien;
<tb>Fig. 7:<sep>eine schematische Darstellung der kontinuierlichen Herstellung eines ebenen Leichtbau-Verbundelementes aus wenigstens zwei Kunststoff-Noppenfolien.
[0010] Die Fig. 1 zeigt eine Noppenfolie aus Kunststoff. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens auf einer Seite eine Anzahl Noppen 1 aufweist. Die Folie kann aus verschiedenen Kunststoffen hergestellt sein und anstelle einer krümmbaren Folie auch in Plattenform vorliegen. Vorzugsweise wird Polyethylen zum Einsatz kommen, denn Polyethylen ist ein Thermoplast, der sich leicht bearbeiten und schweissen lässt, der sehr dauerhaft ist und obendrein mit einem spezifischen Gewicht von 950 kg/m<3> verhältnismässig leicht ist. Ausserdem ist seine Oberfläche weitgehend kratzfest und witterungsbeständig. Für spezielle Anwendungen können aber auch andere Kunststoffe in Frage kommen, etwa Polypropylene oder GFK.
Derartige Noppenfolien werden bereits in grossen Mengen "endlos" hergestellt, das heisst sie sind in Rollen erhältlich. Aber auch Noppenplatten sind im Handel erhältlich. Die Noppen 1 werden zum Beispiel mittels eines Tiefzugverfahrens aus dem Platten- oder Folienmaterial ausgeformt, indem dieses erhitzt wird und das weiche Material hernach über ein entsprechend geformtes Werkzeug gesaugt wird, von welchem es nach Abkühlung wieder entfernt wird. Das in Fig. 1 gezeigte Muster ist elastisch krümmbar. Das Folienmaterial hat eine Dicke von ca. 0.5 mm und die Grösse der Noppen kann im Vergleich zur Hand, welche die Noppenfolie in dieser gekrümmten Lage hält und ebenfalls abgebildet ist, ermessen werden. Es können aber auch Folien und Platten von erheblich stärkerer oder schwächerer Dicke und mit weniger dicht vorhandenen und/oder anders geformten Noppen verwendet werden.
Ausserdem können die Noppen höher oder niedriger sein. Die Noppen können in Bezug auf ihre Form zum Beispiel auch kegelförmig sein, halbkugelig oder pyramidenförmig oder Pyramidenstümpfe bilden. Vorteilhaft ist auf jeden Fall, wenn die Noppen 1 sich gegen ihr Ende hin allseits gleichmässig verjüngen, weil sie dann grosse Druckkräfte aufzunehmen imstande sind. Anstatt dass die Folie oder Platte nur auf einer Seite Noppen 1 aufweist, kann sie auch auf beiden Seiten Noppen aufweisen, wobei dann natürlich die Noppendichte auf beiden Seiten etwas reduziert ist.
[0011] Die Fig. 2 ist nun eine erste Variante des Leichtbau-Verbundelementes aus zwei derartigen Polyethylen-Noppenfolien wie Fig.1 gezeigt vorgestellt.
Hier sind zwei Noppenfolien 2, 3 in der Weise aufeinander gelegt worden, dass ihre Noppen 4, 5 gegeneinander hin gerichtet sind und die Noppen 4 der einen Folie 2 jeweils in die Zwischenräume zwischen den Noppen 5 der anliegenden Folie 3 eingreifen. Die Enden aller Noppen 4, 5 sind sodann mit der jeweils an ihr anliegenden Folie 2, 3 verschweisst. Es hat sich gezeigt, dass schon eine Schweissung, die allein mittels Durchstechen der Folie samt der anliegenden Noppenendwand eine recht starke Verbindung der beiden Folien 2, 3 ergibt und ein hinreichend stabiles Leichtbau-Verbundelement entsteht. Eine gleichzeitige Schweissung an allen Stellen eines herzustellenden Verbundelementes kann daher durch Einsatz eines Nadelbrettes mit heissen Nadelspitzen erzielt werden. Selbstverständlich kann die Schweissung in Form einer perfekten Punktschweissung durchgeführt werden.
Dabei werden von beiden Seiten heisse, bolzenartige Stempel auf einen definierten Abstand zusammengefahren, das heisst im Bild von oben auf die obere Platte und von unten in das Innere der Noppen, unter Einhaltung eines Abstandes in der Grössenordnung zwischen ein bis maximal zwei Plattendicken oder Foliendicken. Gleichermassen greifen entsprechende Stempel von unten an die Folie an und von oben in die Noppen der oberen Folie hinein. Verwendet man Folien mit Noppen auf beiden Seiten, so können nicht nur zwei Folien in dieser Weise miteinander verbunden werden, sondern ein ganzer Stapel beliebiger Höhe.
[0012] Des Weiteren ist es möglich, über die Noppen jeder Noppenfolie ein mehr oder weniger feinmaschiges, gelochtes Drahtgitter zu legen, sodass also der Folienboden neben den Noppen durchwegs von einem Drahtgitter bedeckt ist.
Nach dem Zusammenfügen der beiden Noppenfolien oder -platten werden dann durch Anlegen einer Spannung an die Drahtgitter diese insgesamt erhitzt, sodass eine Verschweissung aller Noppenenden mit der jeweils anliegenden Noppenfolie oder -platte erzielt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. Anstelle eines Drahtgitters kann auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt.
In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern auch als besonders leichte und starke Armierung zur Aufnahme von Zugkräften.
[0013] Die Fig. 3 zeigt eine zweite Variante des Leichtbau-Verbundelementes aus zwei Polyethylen-Noppenfolien bzw. -platten. Hier sind die beiden Polyethylen-Noppenfolien bzw. -platten so miteinander verbunden, dass die gegeneinander hin gerichteten Noppen 4,5 jeweils mit ihren Enden zusammentreffen und an diesen Stellen miteinander verschweisst sind. Die Schweissung erfolgt ebenfalls entweder mittels Durchstechen der beiden aneinander anliegenden Noppenenden oder mittels einer thermischen Punktschweissung.
Weiter ist es möglich, zwischen die Noppen der aneinander anliegenden Noppenfolien oder -platten ein mehr oder weniger feinmaschiges Drahtgitter zu legen, welches dann durch Anlegen einer Spannung insgesamt erhitzt wird, sodass eine Verschweissung aller Noppenenden miteinander erzielt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. Anstelle eines Drahtgitters kann wie schon weiter oben beschrieben auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt. In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern auch gleich als Armierung zur Aufnahme von Zugkräften.
Auch hier gilt, dass diese Verbindung auch mit Folien realisiert werden kann, welche auf beiden Seiten Noppen aufweisen und somit ein Stapel mit mehreren Folien miteinander zu einem Leichtbau-Verbundelement verschweisst werden kann. Im Unterschied zum Leichtbau-Verbundelement gemäss Fig. 2 weist das hier gezeigte infolge des doppelten Abstandes der Noppenfolien bzw. -platten eine weit stärkere Biegesteifigkeit auf.
Solche Verbundelemente, wenngleich sie infolge der Noppen eine beidseits mit Vertiefungslöchern versehene Oberfläche aufweisen, können bereits für viele Zwecke verwendet werden.
[0014] Die Fig. 4 zeigt eine zweite Variante eines Leichtbau-Verbundelementes gemäss Aufbau nach Fig. 3 in Vorbereitung zum Aufbringen von Deckplatten. Über der hier im Prinzip flachen Oberfläche wurde eine Drahtschlaufe 6 gelegt, die mäandrierend vom einen zum anderen Rand des Elementes verläuft. An diese Drahtschlaufe 6 kann eine elektrische Spannung angelegt werden, wonach der Draht infolge Widerstandserwärmung als Heizschlaufe wirkt und den anliegenden Kunststoff zum Schmelzen bringen. Zuvor aber wird noch eine Kunststoffplatte aus demselben Kunststoffmaterial wie das Verbundelement auf die ebene Oberfläche und die Heizschlaufe 6 gelegt.
Dann wird während einer bestimmten Zeitperiode eine elektrische Spannung angelegt und die Platte wird auf das Verbundelement gepresst, wodurch eine Elektroschweissung zwischen dem Verbundelement und der darauf gelegten Platte erzielt wird. Damit eine Verbindung bzw. feste Verschweissung an möglichst vielen Stellen oder gar flächendeckend erzielt wird, kann anstelle einer Heizschlaufe ein mehr oder weniger feinmaschiges Drahtgitter verwendet werden, das in gleicher Weise durch Anlegen einer Spannung insgesamt erhitzt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. In gleicher Weise wird auch auf der gegenüberliegenden Seite des Verbundelementes eine Kunststoffplatte aufgeschweisst.
Anstelle einer Drahtschlaufe oder eines Drahtgitters aus Metall kann auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt. In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern als besonders leichte und starke Armierung zur Aufnahme von Zugkräften.
[0015] Die Fig. 5 zeigt ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Fig. 3 mit oben und unten aufgeschweissten Deckplatten 7, 8 als fertige Sandwichplatte. Eine solche Sandwichplatte kann leicht in beliebigen Grössen und äusserst kostengünstig hergestellt werden. Ihre Verwendungsmöglichkeiten sind ausserordentlich vielfältig, denn sie hat eine Anzahl besonders günstiger Eigenschaften.
So ist ihr spezifisches Gewicht niedriger als Wasser und daher schwimmt sie. Ihr Zwischenraum ist wasserdurchlässig. Es kann also Wasser oder ein anderes fliessfähiges Medium, namentlich auch ein Gas, in Längsrichtung zu den Deckplatten innerhalb der Sandwichplatte durchströmen. Zwischen den Deckplatten sind freibleibende Lufträume gebildet. Daher hat die Sandwichplatte eine gute Isolationswirkung in Bezug auf Schall und Wärme. Gemessen an ihrem Gewicht weist sie eine ausserordentlich hohe Biegesteifigkeit auf. Diese Sandwichplatte ist auch sehr einfach und praktisch zu bearbeiten. Man kann sie mittels sägen, bohren, fräsen, schneiden, raspeln etc. bearbeiten und es lassen sich Blechschrauben fest in sie einschrauben oder man kann sie sogar mit Nägeln befestigen.
Ausserdem können mehrere Sandwichplatten mittels einer Thermoschweissung längs ihrer Ränder oder anderswo fest miteinander verbunden werden, zum Beispiel mittels einer Spiegelschweissung oder durch Verleimen. Durch Einschweissen von Drahtgitternetzen als Heizelemente für die Thermoschweissung wirken diese gleichzeitig als Armierung und erhöhen die Zugbelastbarkeit der Sandwichplatten.
Soll eine besonders gute Armierungswirkung erzielt werden, so kann der ganze Verbundelementaufbau auch durch eine Laminierung mit duroplastischem oder thermoplastischem Verstärkungsgewebe oder mittels Kunststoffeinlagen, zum Beispiel aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff, oder mittels Metalleinlagen verstärkt sein.
[0016] Anstelle von reinen Polyethylen-Kunststoffen können auch andere Materialien zum Einsatz kommen, das heisst als Grundelemente können auch Noppenfolien oder -platten aus thermoplastisch oder duroplastisch faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden. Diese können in folienartiger Rollenform oder als stabile Plattenstücke verarbeitet werden, indem sie in beschriebener Weise jeweils Noppen zu Noppen miteinander verbunden werden.
Soweit keine Schweissung zur Verbindung durchführbar ist, können die Noppen auch durch Verleimung kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
[0017] Die Fig. 6 zeigt ein Schalenelement aus zwei gemäss Fig. 2 miteinander verbundenen, gekrümmt miteinander verschweissten Noppenfolien. Es ist ein besonderer Vorteil dieser Verbundelemente, dass sie leicht gekrümmt werden können, wengistens wenn sie aus folienartigen, thermoplastischen Noppenbahnen hergestellt werden. Zum miteinander Verbinden werden die Noppenbahnen auf eine entsprechende Form aufgespannt und hernach zusammengepresst und in dieser Lage miteinander verschweisst oder aber verleimt. Das Verschweissen erfolgt am einfachsten durch Dazwischenlegen eines Metallgitters zum thermoelektrischen Verschweissen.
Nach dem Verschweissen oder Verleimen bleibt die vorgeformte Form erhalten und weist sogar eine sehr hohe Stabilität auf.
[0018] Schliesslich sei erwähnt, dass natürlich nicht nur zwei Noppenplatten oder zwei folienartige Noppenbahnen miteinander verbindbar sind, sondern gerade im Falle, wenn Noppenplatten oder Folienbahnen eingesetzt werden, die beidseits Noppen aufweisen, mehrere solcher Folienbahnen oder Platten miteinander durch Verschweissung oder Verklebung in jeweils gleicher Weise miteinander verbindbar sind. Die Oberflächen der äussersten Bahnen oder Platten können dann wahlweise auch noch mit Abdeckplatten versehen werden, wie zu den Fig. 4 und 5 beschrieben. Solche mehrschichtigen Verbundelemente weisen eine ausserordentlich hohe Biegesteifigkeit auf.
[0019] Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Leichtbau-Verbundelemente sind äusserst vielfältig.
Im Hoch- und Tiefbau können derartige Verbundelemente infolge ihrer hohen Biegesteifigkeit zum Beispiel als Spriesswände bei Grabarbeiten eingesetzt werden oder als Schaltafeln für Beton. Solche Spriesswände sind dann um ein Vielfaches leichter als bisher eingesetzte Stahlspriessungen. Im Tunnelbau eignen sie sich vor allem als gekrümmte Spriesselemente oder Schalelemente sowie lasttragende Flächendrainagen. Infolge ihrer guten Schalldämmeigenschaften können sie als Trenn- und Isolierwände für allerlei Zwecke eingesetzt werden. Ganz grundsätzlich lassen sie sich als tragende Bodenplatten verwenden, sowohl exponiert wie auch in einem Fundament eingelegt. Weiter ist ein Einsatz als Dachelemente möglich. Im Fahrzeugbau eignen sie sich dank ihres leichten Gewichtes und ihrer hohen Stabilität als hervorragender Baustoff.
So können etwa Böden und Wände von Lkw-Aufbauten, Lkw-Anhängern oder Wohnmobilen und Caravans aus Leichtbau-Verbundelementen der beschriebenen Art gebaut werden. Auch allerlei Transportbehälter und Container können damit hergestellt werden. Weiter können sie als biegesteife und tragfähige Kerne für allerlei Sandwiches eingesetzt werden, wenn etwa die Deckplatten aus alternativen Materialien bestehen sollen, zum Beispiel aus Metall, Holz oder Stein etc. eignen sie sich hervorragend als Verbundelement-Kerne. Es sind auch selbsttragende Abdichtungen sowie Zwischenlager in Wänden, Dächern und Böden mit Hohlräumen denkbar, die nachträglich zur weiteren Abdichtung mittels Injektionen ausgeschäumt werden.
Im Freien lassen sie sich als temporäre Bodenplatten zur Befestigung von Wegen und Plätzen einsetzen, wenn zum Beispiel schwache Böden vorhanden sind, die stark belastet werden sollen. Es lassen sich Notpisten, Notstrassen, Notwege und Plätze damit erstellen. Sogar schwimmende Brücken oder schwimmende und lasttragende Böden auf morastigem Untergrund können damit errichtet werden.
[0020] In Fig. 7 ist schematisch die kontinuierliche Herstellung ebener Leichtbau-Verbundelemente aus wenigstens zwei Kunststoff-Noppenfolien gezeigt. Ab zwei Rollen, auf denen je eine ganze Bahn von Noppenfolie aufgewickelt ist, werden diese Noppenfolien abgerollt und einem Schweissautomaten zugeführt.
Die sich über die Bahnbreite erstreckenden, angetriebenen Walzen 11, 12 sind gummibeschichtet und sorgen für die Vorwärtsbewegung der beiden Bahnen, während die Stahlwalze 13 radial abstehende Stahlstifte 14 aufweist. Diese Stahlstifte 14 werden bei Rotieren der Stahlwalze 13 an einer elektrischen Heizung 15 vorbeigeführt. Sie sind so im Umfang auf der Stahlwalze 13 voneinander beanstandet, dass sie unten jeweils in das Innere von benachbarten und einander folgenden Noppen hineingreifen. Dabei durchstossen sie schmelzend die Noppenböden und auch gleich die Noppenböden der jeweils gegenüberliegenden Noppen der unteren Noppenbahn. Dadurch wird eine Verschweissung der beiden Noppenbahnen erzielt. Die Walze 16 erzeugt den nötigen Gegendruck an der Schweiss-Stelle.
Anstelle einer einzigen Nadelwalze 13 mit gegenüberliegender Gegendruckwalze 16 können auch zwei Walzen vorgesehen sein, die je ähnlich wie Nadeln oder Stifte 14 heizbare Bolzen aufweisen. Diese Bolzen sind dann jedoch nicht dazu bestimmt, die Noppenböden zu durchstechen. Vielmehr werden dann die beiden Walzen so angeordnet, dass die Bolzenenden, wenn sie von den beiden Seiten in die Noppenlöcher eingreifen, sich nur auf einen Abstand nähern, der etwas kleiner ist als die doppelte Noppenbodendicke. In dieser Weise wird eine Punktschweissung erzielt. Alle Noppenböden werden also auf ihrer Aussenseite mit dem jeweils gegenüberliegenden Noppenboden verschweisst, ohne dass die Noppenböden durchlöchert werden.
Eine weitere Variante für die kontiniuerliche Herstellung der Leichtbau-Verbundelemente ist, gleich ein metallisches Gitternetz zwischen die beiden Noppenbahnen einlaufen zu lassen. Dieses Gitternetz ragt dann beidseits der aufeinanderliegenden Noppenbahnen zwischen denselben heraus. Dort kann über eine bestimmte Wegstrecke mittels Schleifkontakten eine elektrische Spannung an das Gitternetz angelegt werden, sodass es aufgrund elektrischer Widerstandshitze so weit erwärmt wird, dass die anliegenden Noppenenden zu schmelzen beginnen. Mit einem gleichzeitig von Anpresswalzen erzeugten Druck wird eine kontinuierliche elektrische Thermoschweissung erzielt.
Anstelle von metallischen Gitternetzen können auch kohlenfaserverstärkte Kunststoff-Maschengitter eingesetzt werden, die eine solche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, dass sie sich hinreichend für eine thermoelektrische Schweissung erhitzen lassen. Sollen die in dieser Weise hergestellten "endlosen" Verbundelemente noch mit Abdeckplatten versehen werden, so können diese aufgeschweisst oder aufgeleimt werden. Für das Aufschweissen können in gleicher Weise metallische Gitternetze oder kohlenfaserverstärkte Kunststoffgitter aufgelegt werden, die über eine gewisse Wegstrecke in gleicher Weise elektrisch erhitzt werden. Die aufzuschweissenden Abdeckplatten werden dann von einem Roboter auf die Bahn aufgesetzt und der ganze Verbund läuft zwischen Gegendruckwalzen hindurch.
Das gleiche Vorgehen kann selbstverständlich auch von unten erfolgen, dass also auch Abdeckplatten auf der Unterseite der verschweissten Verbundelement-Bahn aufgesetzt werden. Die Bahn ist nach dem Verschweissen der beiden Noppenfolien steif und lässt sich kaum mehr biegen. Sie wird dann laufend in Platten beliebiger Länge zugeschnitten, was mittels einer mitlaufenden Säge zu erfolgen hat.
The present invention relates to a lightweight composite element for a variety of uses as well as a method for its preparation. Finally, some special uses of this lightweight composite element are shown.
Lightweight composite elements have long been known and they are made in various constructions and of different materials. Often one speaks of sandwich constructions or constructions, which include a sandwich as a core. Such a sandwich consists essentially of two spaced plates or plate-like elements which are interconnected via intermediate spacers.
These spacers are usually of such a shape that they can absorb significant compressive forces, that is, the plates connected by them and spaced from them can withstand large bearing pressures. At the same time the spacers provide for the absorption of displacement forces, that is, the limiting plates can not be moved relative to each other in their direction. The greater the normal distance of the plates of such an element, the greater is generally the bending stiffness of such a composite element. A typical application example is aluminum sheets, which are connected by means of an aluminum structure in the form of honeycombs. It is obtained with comparatively thin sandwich elements with a minimum weight maximum bending stiffness and load capacity.
Such sandwich panels are therefore used as aircraft interior floors, for example. There are a variety of other applications, with different materials and constructions of the particular structure of the composite elements. However, always two or more plates are spaced apart from each other firmly connected.
Well-known sandwich lightweight components are consistently relatively expensive and therefore their range of applications is correspondingly limited to cases where their high price can be justified or simply for technical reasons must be accepted.
It is the object of the present invention to provide a lightweight composite element that is quite considerably simpler and can be produced from inexpensive raw material, so that due to its cheapness entirely new uses can be developed.
In addition, it is an object of the invention to provide a manufacturing process for the continuous production of this lightweight composite element and finally show a number of specific uses of this lightweight composite element.
This object is achieved on the one hand by a lightweight composite element, which is characterized in that it is composed of at least two Noppenfolien or Noppenplatten made of plastic, that is of plastic films or plates from which formed on at least one side a number of nubs are, and which Noppenfolien or plates with the nubs directed towards each other welded or glued together.
The object is on the other hand solved by a method for producing such a lightweight composite element, which is characterized
that at least two nubbed sheets or plates made of plastic, that is, at least two plastic films or plates from which a number of nubs are formed on at least one side, are mechanically guided from a roll or from stacking with the nubs towards each other on an automatic machine and from welded or glued together when driving by.
Finally, the object is achieved by the use of a lightweight composite element consisting of at least two knobbed sheets or plates made of plastic, that is of at least two plastic films or plates from which a number of nubs are formed on at least one side, and which Noppenfolien- or plates with the nubs directed towards each other welded or glued together, for the creation of spray walls,
Separating and insulating walls, and as a support plate in building construction, underground and tunnel construction as well as in vehicle construction.
The invention will be described below with reference to the drawings, wherein several embodiments of this lightweight composite element are disclosed. Likewise, the process for its preparation is presented and some uses of this lightweight composite element are shown and explained.
It shows:
<Tb> FIG. 1: <sep> a puff film made of polyethylene as a basic element for the production of these lightweight composite elements;
<Tb> FIG. FIG. 2 shows a first variant of a lightweight composite element of minimum thickness made of two polyethylene knobs or sheets; FIG.
<Tb> FIG. 3: <sep> a second variant of a lightweight composite element of maximum thickness of two polyethylene knobs or sheets;
<Tb> FIG. 4: <sep> a lightweight composite element according to the structure of Figure 3 in preparation for the application of cover plates.
<Tb> FIG. 5: <sep> a lightweight composite element according to the structure of Figure 3 with top and bottom welded cover plates as a finished sandwich panel.
<Tb> FIG. 6: <sep> a lightweight composite element in the form of a shell element of two interconnected according to Figure 2, curved together welded Noppenfolien.
<Tb> FIG. 7: is a schematic representation of the continuous production of a flat lightweight composite element made of at least two plastic nubbed sheets.
Fig. 1 shows a knobbed plastic film. It is characterized in that it has a number of nubs 1 on at least one side. The film may be made of various plastics and be present in sheet form instead of a curvable film. Preferably, polyethylene will be used because polyethylene is a thermoplastic that is easy to work and weld, that is very durable and, moreover, relatively lightweight with a specific gravity of 950 kg / m 3. In addition, its surface is largely scratch-resistant and weather-resistant. For special applications, however, other plastics can also be considered, such as polypropylene or GRP.
Such dimpled films are already produced in large quantities "endlessly", that is, they are available in rolls. But also knobbed plates are available in stores. The nubs 1 are formed, for example by means of a thermoforming process from the plate or sheet material by this is heated and the soft material is subsequently sucked through a suitably shaped tool, from which it is removed after cooling. The pattern shown in Fig. 1 is elastically bendable. The film material has a thickness of about 0.5 mm and the size of the nubs can be compared to the hand, which holds the nubbed sheet in this curved position and is also shown, are measured. However, it is also possible to use foils and plates of considerably thicker or weaker thickness and with knobs which are less dense and / or differently shaped.
In addition, the nubs can be higher or lower. For example, the nubs may also be conical, hemispherical or pyramidal or pyramidal stumps in shape. It is advantageous in any case, when the knobs 1 taper towards its end on all sides evenly, because then they are able to absorb large pressure forces. Instead of having the sheet or plate nubs 1 only on one side, it may also have nubs on both sides, in which case of course the Noppendichte is slightly reduced on both sides.
Fig. 2 is now a first variant of the lightweight composite element of two such polyethylene nubbed sheets as shown Fig.1 presented.
Here, two nubbed foils 2, 3 have been placed on each other in such a way that their nubs 4, 5 are directed towards each other and the nubs 4 of a film 2 respectively engage in the spaces between the nubs 5 of the adjacent sheet 3. The ends of all nubs 4, 5 are then welded to the film 2, 3 respectively applied to her. It has been shown that even a weld, which alone by piercing the film together with the adjoining Noppenendwand a fairly strong connection of the two films 2, 3 results and a sufficiently stable lightweight composite element is formed. A simultaneous welding at all points of a composite element to be produced can therefore be achieved by using a needle board with hot needle tips. Of course, the welding can be carried out in the form of a perfect spot welding.
Hot, bolt-like stamp are moved together from both sides to a defined distance, that is in the picture from above on the top plate and from below into the interior of the knobs, while maintaining a distance in the order of one to a maximum of two plate thicknesses or film thicknesses. Likewise, corresponding stamps engage the film from below and from above into the nubs of the upper film. Using films with nubs on both sides, so not only two films can be connected in this way, but a whole stack of any height.
Furthermore, it is possible to put on the nubs of each knob foil a more or less fine-meshed, perforated wire mesh, so that so the film bottom is covered in addition to the knobs throughout of a wire mesh.
After joining the two nubbed sheets or plates are then heated by applying a voltage to the wire mesh these total, so that a welding of all nubs ends is achieved with each adjacent nubbed sheet or plate. The transverse wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. Instead of a wire mesh, it is also possible to use an electrically conductive mesh screen made of carbon-fiber-reinforced plastic, which can be heated sufficiently electrically that a fusion of the adjacent surfaces is achieved with one another.
In this case, the mesh does not only act as a thermal welding element, but also as a particularly light and strong reinforcement for absorbing tensile forces.
Fig. 3 shows a second variant of the lightweight composite element of two polyethylene nubbed sheets or plates. Here, the two polyethylene nubbed sheets or plates are connected to each other so that the oppositely directed nubs 4.5 each meet with their ends and are welded together at these points. The welding is also carried out either by piercing the two adjoining stud ends or by means of a thermal spot welding.
Furthermore, it is possible to lay a more or less fine-meshed wire mesh between the nubs of the adjacent nubbed foils or sheets, which is then heated in total by applying a voltage, so that a welding of all nubs ends is achieved with each other. The transverse wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. Instead of a wire grid, as already described above, an electrically conductive mesh screen made of carbon fiber reinforced plastic can be used, which can be heated sufficiently electrically that a fusion of the adjacent surfaces is achieved with each other. In this case, the mesh does not only act as a thermal welding element, but also as a reinforcement for absorbing tensile forces.
Again, that this compound can also be realized with films which have nubs on both sides and thus a stack with multiple films can be welded together to form a lightweight composite element. In contrast to the lightweight composite element shown in FIG. 2, the shown here as a result of double the distance of the dimpled sheets or plates on a much stronger flexural rigidity.
Such composite members, although having a double-sided recessed surface due to the dimples, can be used for many purposes.
Fig. 4 shows a second variant of a lightweight composite element according to the structure of FIG. 3 in preparation for the application of cover plates. A wire loop 6 has been laid over the here, in principle, flat surface, which runs meandering from one to the other edge of the element. At this wire loop 6, an electrical voltage can be applied, after which the wire acts as a heating loop due to resistance heating and bring the applied plastic to melt. Previously, however, a plastic plate made of the same plastic material as the composite element is placed on the flat surface and the heating loop 6.
Then, during a certain period of time, an electrical voltage is applied and the plate is pressed onto the composite element, whereby an electric welding between the composite element and the plate placed thereon is achieved. So that a connection or firm welding is achieved in as many places as possible or even across the surface, a more or less fine-meshed wire mesh can be used instead of a heating loop, which is heated in the same way by applying a voltage total. The transverse wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. In the same way, a plastic plate is welded on the opposite side of the composite element.
Instead of a wire loop or a wire grid made of metal, an electrically conductive mesh screen made of carbon fiber reinforced plastic can be used, which is sufficiently electrically heated that a welding of the adjacent surfaces comes together. In this case, the mesh does not only act as a thermal welding element, but as a particularly light and strong reinforcement for absorbing tensile forces.
Fig. 5 shows a lightweight composite element according to the structure of FIG. 3 with top and bottom welded cover plates 7, 8 as a finished sandwich panel. Such a sandwich plate can be easily produced in any size and extremely inexpensive. Their uses are extremely diverse, because they have a number of particularly favorable properties.
So its specific gravity is lower than water and therefore it floats. Their space is permeable to water. It can therefore flow through water or another flowable medium, including a gas, in the longitudinal direction of the cover plates within the sandwich plate. Between the cover plates remaining free air spaces are formed. Therefore, the sandwich panel has a good insulation effect in terms of sound and heat. Measured by its weight, it has an extremely high flexural rigidity. This sandwich panel is also very easy and practical to work with. You can cut them by sawing, drilling, milling, cutting, rasping, etc., and tapping screws can be screwed tightly into them or you can even fasten them with nails.
In addition, several sandwich panels can be fixed together by means of thermal welding along their edges or elsewhere, for example by means of mirror welding or by gluing. By welding wire mesh as heating elements for the thermal welding, these simultaneously act as a reinforcement and increase the tensile strength of the sandwich panels.
If a particularly good reinforcing effect is to be achieved, then the entire composite element structure can also be reinforced by lamination with duroplastic or thermoplastic reinforcing fabric or by means of plastic inserts, for example of carbon fiber reinforced plastic, or by means of metal inserts.
Instead of pure polyethylene plastics, other materials can be used, that is, as a basic elements and knobbed sheets or plates of thermoplastic or thermosetting fiber-reinforced plastics can be used. These can be processed in film-like roll form or as stable plate pieces by connecting knobs in each case to nubs in the manner described.
As far as no welding to the connection is feasible, the knobs can also be connected by gluing together non-positively.
Fig. 6 shows a shell element of two interconnected according to FIG. 2, curved together welded nubbly foils. It is a particular advantage of these composite elements that they can be easily curved, at least when made from sheet-like thermoplastic naped sheets. To connect with each other, the dimpled sheets are stretched to a corresponding shape and then pressed together and welded or glued together in this position. Welding is most easily done by interposing a metal grid for thermoelectric welding.
After welding or gluing the preformed shape is retained and even has a very high stability.
Finally, it should be noted that, of course, not only two studded plates or two sheet-like studded sheets are connected to each other, but just in the case when studded sheets or film webs are used, which have on both sides knobs, several such sheets or sheets together by welding or gluing in each case the same way are connected to each other. The surfaces of the outermost webs or plates can then optionally also be provided with cover plates, as described for FIGS. 4 and 5. Such multilayer composite elements have an extremely high flexural rigidity.
The applications of such lightweight composite elements are extremely diverse.
In building construction and civil engineering, such composite elements can be used, for example, as spray walls for grave work or as formwork panels for concrete due to their high flexural rigidity. Such spray walls are then many times lighter than previously used steel splashes. In tunneling, they are particularly suitable as curved spray elements or formwork elements as well as load-bearing surface drainages. Due to their good sound insulation properties, they can be used as separating and insulating walls for all kinds of purposes. In principle, they can be used as load-bearing floor slabs, both exposed and laid in a foundation. Furthermore, use as roof elements is possible. In vehicle construction, they are due to their light weight and high stability as an excellent building material.
For example, floors and walls of truck superstructures, truck trailers or motorhomes and caravans made of lightweight composite elements of the type described above can be built. Also all kinds of transport containers and containers can be manufactured with it. Furthermore, they can be used as rigid and stable cores for all kinds of sandwiches, if, for example, the cover plates should consist of alternative materials, for example of metal, wood or stone, etc., they are outstandingly suitable as composite core. There are also self-supporting seals and temporary storage in walls, roofs and floors with cavities conceivable that are subsequently foamed for further sealing by means of injections.
Outdoors, they can be used as temporary floor slabs for the attachment of paths and squares, for example, if weak soils are present, which are to be heavily loaded. It can create emergency routes, emergency roads, emergency routes and places with it. Even floating bridges or floating and load-bearing floors on boggy ground can be built with it.
In Fig. 7, the continuous production of planar lightweight composite elements of at least two plastic nubb films is shown schematically. From two rolls, on each of which a whole web of dimpled foil is wound up, these dimpled sheets are unrolled and fed to an automatic welding machine.
The over the web width extending, driven rollers 11, 12 are rubber coated and ensure the forward movement of the two webs, while the steel roller 13 has radially projecting steel pins 14. These steel pins 14 are guided past an electric heater 15 during rotation of the steel roller 13. They are so spaced in the circumference on the steel roller 13 from each other, that they reach below in each case into the interior of adjacent and successive nubs. They pounding through the pimples and also the pimples of each opposing pimples of the lower dimpled sheet melting. As a result, a welding of the two dimpled sheets is achieved. The roller 16 generates the necessary back pressure at the welding point.
Instead of a single needle roller 13 with opposing counter-pressure roller 16 and two rollers may be provided, each having the same as needles or pins 14 heatable bolts. However, these bolts are then not intended to pierce the studded floors. Rather, then the two rollers are arranged so that the bolt ends, when they engage from the two sides in the stud holes, approach only to a distance that is slightly smaller than the double stud bottom thickness. In this way, spot welding is achieved. All dimpled floors are thus welded on their outer side with the respective opposite stud bottom, without the studded floors are perforated.
Another variant for the continuous production of the lightweight composite elements is to let equal a metallic grid mesh between the two dimpled sheets. This grid then protrudes on both sides of the superposed dimpled sheets between them. There, over a certain distance by means of sliding contacts an electrical voltage can be applied to the grid, so that it is heated due to electrical resistance heat so far that the adjacent knob ends begin to melt. With a pressure generated simultaneously by pressure rollers, a continuous electrical thermal welding is achieved.
Instead of metallic meshes also carbon fiber reinforced plastic mesh can be used, which have such electrical conductivity that they can be heated sufficiently for a thermoelectric welding. If the "endless" composite elements produced in this way are still to be provided with cover plates, they can be welded or glued on. For the welding on metallic grids or carbon fiber reinforced plastic mesh can be placed in the same way, which are electrically heated over a certain distance in the same way. The cover plates to be welded are then placed on the web by a robot and the entire composite passes between counterpressure rollers.
Of course, the same procedure can also be carried out from below, so that also cover plates are placed on the underside of the welded composite element web. The web is stiff after the welding of the two dimpled films and can hardly be bent anymore. It is then continuously cut into plates of any length, which has to be done by means of a follower saw.