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Sandwichplatten,
vorzugsweise Wabenplatten, sind ein geeignetes Mittel, um Leichtbauprinzipien
im Möbelbau
umzusetzen. Für
die Aufnahme von Beschlägen
(Krafteinleitungspunkte) und zum Randabschluss wurde bislang meist
ein Fachwerk aus Holz bzw. Holzwerkstoffen mit Waben oder Schaumstoffen
als Sandwich-Mittellage ausgeführt und
mit dünnen
hochfesten Deckschichtlagen (Hartfaserplatte) verklebt. Dadurch
werden die Sandwich-/Wabenelemente für einen konkreten Einsatzfall konfektioniert
und können
kaum für
einen anderen Einsatzfall verwendet werden.
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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeug, mit dem in leichten Sandwichplatten,
bevorzugt Wabenplatten, übereinander
liegende rotationssymmetrische Hohlräume mit unterschiedlichen Durchmessern
erzeugt werden können,
um in diesen bevorzugt örtliche
Krafteinleitungspunkte zu realisieren, die es gestatten, solche
Platten im Möbelbau
anzuwenden.
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Sandwichplatten
bestehen aus im Verhältnis zur
Plattendicke dünnen
Deckschichten und einem Kern, welcher infolge einer Vielzahl von
Hohlräumen in
einer Waben- oder
Schaumstruktur eine geringere Dichte aufweist. Solche Platten sind – neben
den Wabenplatten – auch
als Honeycomb-Platten und Sandwichstrukturplatten in vielfältigen Varianten
seit längerem
bekannt.
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Im
einfachsten Fall weisen derartige Sandwichstrukturen einen Kern
und zwei Deckschichten auf. Die Kernschichten bestehen aus Papier,
Pappe und Kunststoff, aber auch aus glas- bzw. kohlefaserverstärktem Kunststoff
oder Leichtmetall; im Weiteren werden die nicht entflammbaren Aramidfasern, sowie
Fiberglas oder Keramik als Werkstoff für den Kern verwendet.
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Der
Kern ist vielfach in einer regelmäßig geformten Honigwaben-,
Röhren-
oder Wellenstruktur ausgeführt.
In einer weiteren Ausführungsform
besitzen Sandwichplatten einen Kern aus einer netzartigen Schaumstruktur;
hier sind die Zellen des Kerns durch eine offenporige oder geschlossenporige Schaumstruktur
chaotisch geformt.
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Die
Zellen einer offenporigen Schaumstruktur sind im Gegensatz zur geschlossenporigen
Struktur überwiegend
untereinander vernetzt. Schaumstrukturen aus Kunststoff bestehen
bevorzugt aus Polyurethan, für
einen Kern aus Metallschaum ist meist eine Aluminiumlegierung verwendet.
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Konventionelle
Sandwichstrukturplatten finden hauptsächlich in der Werbemittelindustrie,
im Verpackungs-/Transportwesen sowie in der Möbelindustrie (Holz) Verwendung;
Leichtmetallplatten und kohlefaserverstärkte Strukturplatten werden
in Automobilen, Flugzeugen, Satelliten, Parabolantennen und in der
Raumfahrt eingesetzt.
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Den
zahlreichen Vorteilen solcher Platten steht im Allgemeinen – bedingt
durch die Vielzahl von Hohlräumen
im Kern – das
Problem der sicheren Verbindung der Platten gegenüber. Es
sind daher zahlreiche Ausprägungen
für die
Verbindungstechnik solcher Sandwichstrukturplatten bekannt.
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Neben
dem Einsatz von Dübeln
(z.B.
DE 14 00 888C ,
EP 1 300 596 A1 )
oder Schrauben (z.B.
EP 0
947 715 B1 ) sind Verfahren bekannt, demgemäß Bohrlöcher in
einer Sandwichplatte mit einer erstarrenden Masse ausgefüllt werden
und somit die Platte örtlich
verstärkt
wird; in diese Verstärkungsvolumina können dann
weitgehend beliebige Verbindungselemente eingebracht werden.
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DD 270 343 A1 beschreibt
ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Lasteintragungspunkten
für eine
Schraubverbindung bei Verbundplattenkonstruktionen. In den Wabenverbund
wird eine aushärtende
Polyurethanvergussmasse in die für
die Schrauben vorgesehenen Bohrlöcher
eingetragen. Hieraus ist jedoch ersichtlich, dass die Bohrlöcher zylindrisch
bzw. kegelig zusammenlaufend der Form der Schrauben angepasst sind.
Derartig geformte Lasteintragungspunkte können somit höheren Belastungen
nicht ausgesetzt werden.
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DE 28 34 237 C2 zeigt
ein Verfahren zum Einbauen von Befestigungseinsätzen in Sandwichplatten. Mit
einem Schneid- bzw. Stanzwerkzeug wird die Deckschicht der Sandwichplatte
durchschnitten, und die so ausgeschnittene Scheibe wird mit einem Stempel
bis zur Einbaulänge
des Einsatzes in den Kern hineingedrückt. Anschließend wird
in den entstandenen Ausschnitt ein Kleber eingefüllt, der Einsatz in seiner Lage
fixiert und der Kleber ausgehärtet. Die
beschriebene Stempelbewegung dieses Verfahren erzeugt ein zylindrisches
Bohrloch; es ergibt sich somit ein Kraftleinleitungspunkt von gleichfalls
beschränkter
Belastbarkeit.
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Ein
Verfahren zum Befestigen eines Halteteils in einer Ausnehmung einer
Sandwichplatte offenbart WO 93/12344 A1. Das Halteteil, im Wesentlichen
ein Rotationskörper
aus thermoplastischem Kunststoff, wird auf das Bauteil gedrückt und
mit solcher Drehzahl gegenüber
dem Bauteil verdreht, dass sich das Halteteil unter Ausbildung der
Ausnehmung bis zum Erschmelzen erwärmt, wobei das Halteteil in das
Bauteil vordringt und sich nach dem Stillstand des Halteteils verschweißt. Dieses
Verfahren ist nur für
Sandwichplatten, deren Kern aus einem thermoplastischen Kunststoff
bestehen, geeignet.
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Im
Weiteren sind Werkzeuge bekannt, welche den Hohlraum eines tiefer
liegenden Abschnittes eines Bohrloches erweitern, beispielgebend
durch eine Kombination eines Bohrer und einem Schneidmesser. Hierzu
legt
DE 31 24 532 A1 einen
Werkzeugträger
zur Halterung eines Spiralbohrers und von zwei verstellbaren Schneidplatten
offen. Die Schneidplatten sind lösbar,
aber starr fixiert. Ein derartiges Werkzeug würde es erlauben, die Bohrung des
Kerns einer Sandwichplatte zu erweitern. Durch die starre Konstruktion
ist die Erweiterung des Bohrloches im Kern beschränkt; zudem
kann das Bohrloch im Kern nur um einen Bruchteil des Durchmessers
des Bohrloches der Deckschicht erweitert werden.
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Zudem
sind zur Herstellung von Bohrlöchern mit
Hinterschneidung Werkzeuge bekannt, die eine mit einer kalottenförmigen Mulde
versehene Lagerbuchse aufweisen, in der ein Bohrwerkzeug abgestützt und
verschwenkbar gelagert ist; durch das Ausschwenken des Bohrwerkzeuges
bei gleichzeitiger rotatorischer Schneidbewegung wird von den am Bohrwerkzeug
angeordneten Seitenschneidern eine Hinterschneidung ausgetrieben.
Solche Lösungen sind
z. B. in
DE 40 04 485
A1 ,
DE 37
04 491 A1 und
DE
43 23 102 A1 des Herstellers Fischerwerke sowie in
EP 0 87 085 A2 beschrieben.
Infolge der Schneidbewegung solcher Werkzeuge wird dabei das Bohrloch
in der Deckschicht kegelig erweitert bzw. ausgedehnt; ohne weiteres
kann es folglich zur Beschädigung
der Oberfläche
der Deckschicht kommen. Überdies
kann durch die Schneidbewegungen das Bohrloch im Kern nur in geringem Maße kegelig
erweitert werden; der dadurch ermöglichte verfestigbare Bereich
der aufgebohrten Zellen bzw. Waben des Kerns ist also minimal.
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Schließlich sind
aus
US 2 879 038 und
WO 03/037557 A1 Lösungen
bekannt, aus denen die vorliegende Erfindung keinesfalls angeregt
entnommen werden kann, zumal dort die Spezifik der Erfindung in keinerlei
Weise berücksichtigt
ist.
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Strukturplatten
können
ihren herausragenden Vorteil, das gute Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht,
für viele
Anwendungsfälle
erst dann zur Geltung bringen, wenn es gelingt diese Platten punktuell so
zu verstärken,
dass eine anforderungsgerechte Krafteinleitung möglich ist. Die genannten Lösungen des
Standes der Technik können
höhere
Belastungen regelmäßig nicht
betriebssicher gewährleisten. Die
meisten Standwichplatten sind anisotropisch; d.h., ihre mechanischen
Kennwerte, z. B. die Steifigkeit, sind richtungsabhängig; aber
gerade dieser wichtige Aspekt ist bislang nicht ausreichend berücksichtigt.
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Ursächlich für die Nachteile
des Standes der Technik ist auch, dass kein geeignetes Werkzeug
zur Verfügung
steht, das es ermöglicht,
Hohlräume
mit einer Geometrie zu erzeugen, die das Einbringen von anforderungsgerechten
Verstärkungen
ermöglicht.
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Es
ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik zu überwinden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausführungen
ergeben sich aus den Ansprüchen
2 bis 8.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, im Kern von Sandwichplatten
den Bereich der Hinterschneidung zu erhöhen, ohne das Bohrloch der Deckschicht
erweitern zu müssen
oder Gefahr zu laufen, die Deckschicht zu verletzen.
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Das
erfindungsgemäße Werkzeug
besteht aus einer Kombination eines Bohr- und eines Schneidwerkzeugs.
Ein zylindrischer Trägerkörper ist am
unteren Ende eines Bohrschaftes angebracht. Der Bohrschaft weist
im Vergleich zum Trägerkörper einen
geringeren Durchmesser auf. Am unteren Ende des Trägerkörpers sind
mindestens zwei Messer, vorzugsweise ausgeführt als Tellermesser, schwenkbar
fixiert. Die beiden Messer, also üblicherweise Tellermesser,
beschreiben die Form eines Halbkreises und sind im geschlossenen
Zustand praktisch deckungsgleich zum Grundkreis des Trägerkörpers angeordnet.
Die Drehpunkte der Messer liegen symmetrisch gegenüber angeordnet
im Randbereich des Trägerkörpers. Die
Drehachsen sind parallel zur Achse des Bohrschaftes angeordnet und
erlauben eine Schwenkbewegung der Tellermesser entlang der Grundfläche des
Trägerkörpers nach
außen,
wodurch sich der Durchmesser ihrer Eingriffsfläche um ein Vielfaches erhöht. Alternativ
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Messer formändernd
biegsam gestaltet sind, z. B. als Federmesser.
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Das
so gestaltete Werkzeug erlaubt Verfahren zur örtlichen Verstärkung von
Sandwichplatten zu realisieren. Es ist vorgesehen, dass sich hierfür das Werkzeug
zunächst
bei einer geringen Drehzahl durch die Deckschicht der Sandwichplatte
schneidet. Bei Erreichen der Bohrtiefe, also der Arbeitstiefe im Kern
der Sandwichstruktur, werden die Messer entweder aus ihrer Ruheposition
durch Änderung
der Richtung des Werkzeuges ausgelenkt, da sie infolge der auftretenden
Fliehkraft nach außen
klappen. Die so ausgeklappten Tellermesser trennen entsprechend
ihres Flugkreises weitere Zellen im Kern der Sandwichstruktur auf;
der Durchmesser des erzeugten Hohlraumes beträgt gemäß der bevorzugten Gestaltung
des Werkzeuges knapp das Dreifache des Durchmessers in der Deckschicht.
Alternativ ist es möglich
die Messer mit gleicher Wirkung kraftschlüssig auszufahren, wobei dies
vordergründig
für Federmesser
in Frage kommt.
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Durch
einen Wechsel der Drehrichtung klappen die Messer in der bevorzugten
Anwendung, also bei Gebrauch von Tellermessern, wieder in ihre Ruheposition
ein, überdecken
den Trägerkörper, und das
Werkzeug wird bis Stillstand in einfachster Weise wieder aus der
Bohrung ausgefahren. Weitere bevorzugte Formen der Tellermesser
sind halbmond- oder sichel-/sensenförmig vom Drehpunkt weg verjüngend gestaltet.
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In
bekannter Weise kann das so erzeugte erweiterte Bohrloch, mit der
geschaffenen erweiterten Hinterschneidung drucklos mit einer verfestigenden Masse,
bevorzugt Schaum, ausgefüllt
werden. Die während
des Schäumprozesses
auf die Sandwich konstruktion wirkenden Kräfte sind gering. Nach dem Aushärten des
Schaums werden in diesem im Bedarfsfall Befestigungselemente eingebracht
oder er wird als Krafteinleitungspunkt genutzt.
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Mittels
des erfindungsgemäßen Werkzeuges kann
also gegenüber
dem Stand der Technik ein wesentlich vergrößerter verstärkter Bereich
geschaffen werden ohne in die Deckschicht ein größeres Loch zu bohren. Die daraus
folgenden Möglichkeiten
für größere Kräfteaufnahmen
und/oder -einleitungen eröffnen
zugleich für
leichte Sandwichplatten z. T. völlig neue
Einsatzmöglichkeiten,
so im Möbelbau.
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Im
folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Werkzeuges
anhand der beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
Hierbei zeigen 1 bis 8 Werkzeuge,
nämlich
Tellerwerkzeuge mit Klappmessern (1 bis 4)
und Tellerschneidwerkzeuge mit Federmessern (5 bis 8).
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Im
Ausführungsbeispiel
1 wird ein Tellerschneidwerkzeug mit Klappmessern gezeigt, wobei aus 1 die
Seitenansicht mit eingeklappten Messern, aus 2 die Unteransicht
mit eingeklappten Messern, aus 3 die Seitenansicht
mit geklappten Messern und aus 4 die Unteransicht
mit ausgeklappten Messern erkennbar ist.
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Einzelheiten
sind mit dem Werkzeugschaft 1, dem Werkzeugkörper 2,
der Bohrschneide 3, der Zentrierspitze 4, dem
Klappmesser 5, der Messerachse 6 und der Messerschneide 7 dargestellt.
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Das
Werkzeug schneidet sich in diesem Ausführungsbeispiel und dem Wesen
der Erfindung folgend rechtsdrehend in die Sandwichplatte. Bei Wechsel
der Drehrichtung (linksdrehend) klappen die Messer auf und schneiden
eine tellerförmige Öffnung (wenigstens > doppelter Bohrdurchmesser)
in die Mitte des Plattenwerkstoffes.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
(5 bis 8) schlägt vor, ausgehend von dem Werkzeugschaft 1,
den Werkzeugkörper 2,
der Bohrschneide 3, der Zentrierspitze 4, dem
Messerschubring 8 und dem Federmesser 9, dass
sich das Werkzeug rechtsdrehend in die Sandwichplatte einschneidet.
Durch eine (hier nicht näher
dargestellte) Vorrichtung im Bohrkopf wird der Messerschubring 8 nach
unten gedrückt
und schiebt dadurch das Federmesser 9 durch Öffnungen
im Werkzeugkörper 2 horizontal
nach außen.
Die so ausgefahrenen Federmesser 9 schneiden eine tellerförmige Öffnung (>dreifacher Bohrdurchmesser)
in die Mitte des Plattenwerkstoffes. Nach Einfahren der Federmesser 9 (durch
Anheben des Messerschubringes 8) durch eine Vorrichtung
im Bohrkopf kann das Werkzeug aus der Bohrung entfernt werden.
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- 1
- Schaft
- 2
- Werkzeugkörper
- 3
- Bohrschneide
- 4
- Zentrierspitze
- 5
- Klappmesser
- 6
- Messerachse
- 7
- Messerschneide
- 8
- Messerschubring
- 9
- Federmesser