DE102005033798B4 - Three-dimensionally bendable surface element - Google Patents

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Abstract

Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement zur Herstellung schalenförmiger Halbzeuge oder Fertigteile, bestehend aus mindestens einem dreidimensional biegeverformbaren Flächenelement aus Holz, Holzverbundwerkstoff, geschichtetem Holz oder einem Verbund aus Holz und einem oder mehreren weiteren Flächenmaterialien, in welches zueinander beabstandete, schmale Nuten eingebracht sind und welches auf mindestens einer Breit- oder Großfläche eine schubverformungsfähige, gas- und flüssigkeitsdichte, druckresistente Schicht aufweist.Three-dimensionally bendable sheet element for producing shell-shaped semi-finished or finished parts, consisting of at least one three-dimensionally bendable surface element made of wood, wood composite material, layered wood or a composite of wood and one or more other surface materials, in which spaced, narrow grooves are introduced and which on at least one Wide or large surface has a shear-deformable, gas and liquid-tight, pressure-resistant layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein dreidimensional biegeverformbares Flächenelement aus Holz oder Holzverbundwerkstoff zur Herstellung schalenförmiger Halbzeuge oder Fertigteile, insbesondere von Gehäuseteilen von Personalcomputern, Telefonen, von Fahrzeuginnenverkleidungen, wie Armaturenbrettern oder Mittelkonsolen oder Schalen von Sitzmöbeln, insbesondere Stühlen.The invention relates to a three-dimensionally bendable surface element made of wood or wood composite material for producing cup-shaped semi-finished or finished parts, in particular of housing parts of personal computers, telephones, vehicle interior trim, such as dashboards or center consoles or shells of seating, especially chairs.

In DE 101 24 913 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementes aus Holz oder Holzverbundwerkstoff beschrieben, welches unempfindlich gegenüber der Bruchgefahr bzw. der Rissneigung während seiner Weiterverarbeitung ist. Durch Auftragen eines schubverformungsfähigen Stoffes wie Fäden, Gewebe, Vlies, Folie oder einer Klebstoffschicht wird ein Querverbund zwischen den einzelnen Streifen des Flächenelementes hergestellt.In DE 101 24 913 C1 a method for producing a three-dimensionally bendable surface element made of wood or wood composite material is described, which is insensitive to the risk of breakage or the tendency to crack during its further processing. By applying a shear-deformable material such as threads, fabric, non-woven, foil or an adhesive layer, a cross-bond between the individual strips of the surface element is produced.

Nachteilig bei diesem Flächenelement ist seine Durchlässigkeit gegenüber Gasen und Flüssigkeiten, wie z. B. Luft, flüssige Klebstoffe oder Kunststoffschmelzen. Selbst bei Verwendung von Folien, die allein der Stabilisierung des Querverbundes des Flächenelementes dienen, besteht während der Schubverformung die Gefahr der Rissbildung, so dass zumindest lokal gas- und flüssigkeitsdurchlässige Bereiche entstehen.A disadvantage of this surface element is its permeability to gases and liquids such. As air, liquid adhesives or plastic melts. Even when using films, which alone serve to stabilize the cross-bond of the surface element, there is the risk of cracking during shear deformation, so that at least locally gas- and liquid-permeable regions arise.

Die Dichtheit des Flächenelementes gegenüber Gasen ist eine elementare Vorraussetzung für das Tiefziehen mittels Vakuum oder Druckluft ohne aufwändige Hilfsvorrichtungen, wie Pressmembranen.The tightness of the surface element with respect to gases is an elementary prerequisite for thermoforming by means of vacuum or compressed air without complex auxiliary devices, such as press membranes.

Das Durchdringen von Klebstoffen oder anderen flüssigen Stoffen ist unerwünscht, da es die Geschlossenheit der Oberfläche des Flächenelementes stört bzw. die Druckverhältnisse während der Verarbeitung unkontrollierbar macht.The penetration of adhesives or other liquid substances is undesirable because it disturbs the closed nature of the surface of the surface element or makes the pressure conditions during processing uncontrollable.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementes, bestehend aus mindestens einem dreidimensional biegeverformbaren Flächenelement aus einem Werkstück aus Holz, geschichtetem Holz (Lagenholz) oder einem Verbund aus Holz und einem oder mehreren weiteren Flächenmaterialien, in welches zueinander beabstandete, schmale Nuten eingebracht sind, welches während seiner Weiterverarbeitung zu dreidimensionalen Formteilen oder bei der Beschichtung von dreidimensionalen Formteilen resistent gegenüber den beim Umformen auftretenden Gas- und/oder Flüssigkeitsdrücken ist, ohne dabei seine geschlossene, flächige Struktur zu verlieren und das ein Eindringen von Gas und/oder Flüssigkeit in die Fugen zwischen den einzelnen Streifen des Flächenelementes verhindert.The object of the invention is to provide a three-dimensionally bendable surface element consisting of at least one three-dimensionally bendable surface element of a workpiece made of wood, layered wood (plywood) or a composite of wood and one or more other surface materials, in which spaced, narrow grooves are introduced , which during its further processing to three-dimensional moldings or in the coating of three-dimensional moldings resistant to the occurring during forming gas and / or liquid pressures without losing its closed, planar structure and the penetration of gas and / or liquid in the Joints between the individual strips of the surface element prevented.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe erfüllt durch einen dreidimensional biegeverformbaren Verbundwerkstoff, bestehend aus einem dreidimensional biegeverformbaren Flächenelement, welches auf mindestens einer Breit- oder Großfläche eine gas- und flüssigkeitsdichte Schicht aufweist. Die gas- und flüssigkeitsdichte Schicht ist dabei vorzugsweise durch einen Klebstoff, der zur Herstellung des biegeverformbaren Verbundwerkstoffes verwendet wird, mit dem flächigen Verbundwerkstoff vollständig oder bereichsweise verbunden.According to the invention the object is achieved by a three-dimensionally bendable composite material, consisting of a three-dimensionally bendable surface element which has a gas and liquid-tight layer on at least one wide or large area. The gas- and liquid-tight layer is preferably completely or partially connected to the laminar composite material by an adhesive which is used to produce the bend-deformable composite material.

Die gas- und flüssigkeitsdichte Schicht erlaubt gemeinsam mit dem gleichfalls schubverformbaren Klebstoff die Umformung des Verbundwerkstoffes und gewährleistet während des Umformprozesses die Stabilität des Querverbundes der einzelnen Streifen und zugleich die erforderliche Gas- und Flüssigkeitsdichtheit bei Drücken von bis zu 500 (1000) bar auch nach der abgeschlossenen Schubverformung des Verbundwerkstoffes.The gas- and liquid-tight layer, together with the likewise shear-deformable adhesive, allows the forming of the composite material and ensures the stability of the cross-connection of the individual strips during the forming process and at the same time the required gas and liquid tightness at pressures of up to 500 (1000) bar even after completed shear deformation of the composite.

In Abhängigkeit vom Umformgrad bei der dreidimensionalen Biegeverformung kann die mechanische Belastbarkeit des Querverbundes der einzelnen Streifen des Verbundwerkstoffes vorteilhaft durch mindestens eine optionale Stabilisierungsschicht aus Fäden, Geweben, Vlies, einer weiteren Folie oder einem weiteren Klebstoff erhöht werden.Depending on the degree of deformation in the three-dimensional bending deformation, the mechanical strength of the cross-bond of the individual strips of composite material can be advantageously increased by at least one optional stabilizing layer of threads, fabrics, non-woven, another film or another adhesive.

Die auf mindestens einer Groß- oder Breitfläche des dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementes angeordnete, gas- und flüssigkeitsdichte Schicht wird bevorzugt von einer durch Wärme plastifizierbaren, schubverformungsfähigen Folie gebildet, die vorteilhaft unter Verwendung eines bei gleicher oder ähnlicher Temperatur plastifizierbaren Klebstoffes mit dem Flächenelement vollflächig oder partiell verklebt wird.The arranged on at least one large or wide surface of the three-dimensional bendable surface element, gas and liquid-tight layer is preferably formed by a heat plastifiable, shear-deformable film, which advantageously fully or partially bonded using a plasticizable at the same or similar temperature adhesive with the surface element becomes.

Alternativ wird die gas- und flüssigkeitsdichte, plastifizierbare Schicht ohne zusätzlichen Klebstoff formlos als Schmelze, Dispersion oder aushärtbare Gießmasse auf die Groß- oder Breitfläche des dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementes aufgetragen. Die zur Schubverformung erforderliche Plastifizierung erfolgt durch vollständige oder lokale Erwärmung oder durch Einwirkung eines Lösungsmittels, welches nach der Verarbeitung in das angrenzende Material diffundiert.Alternatively, the gas- and liquid-tight, plasticizable layer without additional adhesive is applied informally as a melt, dispersion or curable casting compound to the large or wide surface of the three-dimensionally bendable surface element. The plasticization required for shear deformation is accomplished by complete or local heating or by the action of a solvent which diffuses into the adjacent material after processing.

Bevorzugt weist die gas- und flüssigkeitsdichte, schubverformungsfähige Schicht bereits bei Raumtemperatur ein ausreichendes Fließverhalten auf.Preferably, the gas- and liquid-tight, shear-deformable layer already at room temperature on a sufficient flow behavior.

Vorteilhaft werden als gas- und flüssigkeitsdichte Schicht Klebstoffe aus Acrylat verwendet. It is advantageous to use acrylate adhesives as the gas-tight and liquid-tight layer.

Der Verbundwerkstoff kann als Holzfurnier-Beschichtung auf einen drei-dimensional geformten, festen Körper, wie ein formgefrästes Holzfaserformteil, ein laminiertes Glasfaserformteil, ein tiefgezogenes, spritzgegossenes oder glasfaserverstärktes Kunststoffteil oder ein Leichtmetall-Spitzgießteil unter Verwendung eines flüssigen Klebstoffes aufgepresst werden. Beim Aufpressen des Verbundwerkstoffes entsteht in der Klebstofffuge ein Flüssigkeitsdruck, der von der gas- und flüssigkeitsdichten Schicht sicher aufgenommen wird. Dadurch wird das Durchdringen des flüssigen Klebstoffes durch die Fugen zwischen den stumpf aneinander stoßenden Streifen des Verbundwerkstoffes verhindert, bis der flüssige oder viskose Klebstoff bestimmungsgemäß ausgehärtet ist. Die Aushärtung kann je nach Klebstofftyp durch Wegdiffundieren von Wasser (Dispersion), eine chemische Reaktion oder durch Erstarren einer Klebstoffschmelze erfolgen.The composite may be pressed as a wood veneer coating onto a three-dimensional shaped solid body such as a molded wood fiber molding, a laminated glass fiber molding, a deep-drawn, injection molded or glass fiber reinforced plastic part or a light metal injection molded part using a liquid adhesive. When the composite material is pressed in, the adhesive joint creates a fluid pressure which is reliably absorbed by the gas- and liquid-tight layer. As a result, the penetration of the liquid adhesive through the joints between the stubby abutting strips of the composite material is prevented until the liquid or viscous adhesive is cured properly. The curing can be done depending on the type of adhesive by Wegdiffundieren of water (dispersion), a chemical reaction or by solidification of an adhesive melt.

Die dreidimensionale Biegeverformung des Verbundwerkstoffes erfolgt entweder während des Aufpressens oder – speziell bei größerem Umformgrad – separat vor dem Aufpressen in einer speziellen, mittels Vakuum und/oder Druckluft betriebenen Tiefziehvorrichtung. Die gas- und flüssigkeitsdichte Schicht sorgt für die Aufrechterhaltung der erforderlichen Druckverhältnisse. Alternativ kann die dreidimensionale Biegeverformung des Verbundwerkstoffes auch durch mechanische Druckelemente erfolgen.The three-dimensional bending deformation of the composite material takes place either during the pressing or - especially with a larger degree of deformation - separately before pressing in a special, operated by means of vacuum and / or compressed air deep drawing device. The gas- and liquid-tight layer ensures the maintenance of the required pressure conditions. Alternatively, the three-dimensional bending deformation of the composite material can also be effected by mechanical pressure elements.

Wie beim Beschichten können auch Lagenformteile (z. B. aus mehreren geschichteten dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementen bestehend) hergestellt werden, bei denen vorzugsweise die äußeren Lagen aus erfindungsgemäßem Verbundwerkstoff bestehen.As in the case of coating, it is also possible to produce ply moldings (for example composed of a number of layered, three-dimensional, bend-deformable surface elements) in which the outer ply preferably consists of a composite material according to the invention.

Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann alternativ auch als Decklage von aus der flüssigen Phase heraus hergestellten Formteilen, wie geschäumten oder spritzgegossenen Kunststoffteilen, eingesetzt werden. Dabei wird ein ggf. vorgeformtes Verbundwerkstoffteil in die Schäumform eingelegt und z. B. mittels Polyurethan hinterschäumt. Das unter Druck einströmende Schaumgemisch presst sich von innen an das Verbundwerkstoffteil, ohne durch dessen gas- und flüssigkeitsdichte Schicht zu dringen, verbindet sich mit dem Verbundwerkstoff und bildet so einen geschäumten, mit Holzfurnier oberflächenvergüteten Körper, wie z. B. ein Stuhlformteil.The composite material according to the invention can alternatively also be used as a cover layer of molded parts produced from the liquid phase, such as foamed or injection-molded plastic parts. In this case, a possibly preformed composite part is inserted into the foam mold and z. B. foamed back by means of polyurethane. The injected under pressure foam mixture presses from the inside to the composite part, without penetrating through the gas and liquid-tight layer, combines with the composite material and thus forms a foamed, surface veneered with wood veneer body, such as. B. a chair molding.

In gleicher Weise kann eine Kunststoff-Spritzgussmasse hinter das Verbundwerkstoffteil gespritzt werden, wobei die Verbindung vorzugsweise durch Anschmelzen der gas- und flüssigkeitsdichten Schicht erfolgt.Similarly, a plastic injection molding compound can be injected behind the composite part, wherein the compound is preferably carried out by melting the gas and liquid-tight layer.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to two embodiments.

Ausführungsbeispiel 1:Embodiment 1

Beschichtung eines dreidimensional geformten Gehäuseteiles aus Kunststoff. Coating of a three-dimensionally shaped housing part made of plastic.

Ein dreidimensional biegeverformbarer Verbundwerkstoff besteht aus einem drei-dimensional biegeverformbaren Flächenelement der Dicke 1,2 mm, welches aufgebaut ist aus einer 0,4 mm dicken Lage Eichenholzfurnier als dekorativer Decklage und einer 0,8 mm dicken Buchenfurnier-Lage. Darunter ist unter Verwendung eines PVAc-Klebstoffes eine 0,4 mm dicke, gas- und flüssigkeits-dichte Folie aus Polyolefin geklebt.A three-dimensionally bendable composite material consists of a three-dimensional bendable surface element with a thickness of 1.2 mm, which is constructed of a 0.4 mm thick layer of oak veneer as a decorative cover layer and a 0.8 mm thick beech veneer layer. Underneath, a 0.4 mm thick, gas- and liquid-tight film of polyolefin is glued using a PVAc adhesive.

Der Verbundwerkstoff dient der Beschichtung eines dreidimensional geformten Glasfaser-Kunststoffteiles. Zur Vorbereitung der Beschichtung wird ein Verbundwerkstoffzuschnitt, dessen Format dem zu beschichtenden Teil entspricht, zwischen einem Heizplattenpaar auf eine Temperatur von 110°C erwärmt und anschließend in einer Vakuum-Tiefziehvorrichtung in die Form des zu beschichtenden Teils gebracht. Das zwischenzeitlich erkaltete Verbundwerkstoffteil wird unter Verwendung eines Acrylatklebstoffes und einer Formpreßvorrrichtung, die mit einem Pressdruck von 5 bar arbeitet, auf das Glasfaser-Kunststoffteil aufgeklebt.The composite material is used to coat a three-dimensionally shaped fiberglass plastic part. To prepare the coating, a composite blank, the format of which corresponds to the part to be coated, is heated between a pair of heating plates to a temperature of 110 ° C and then placed in a vacuum thermoforming device in the shape of the part to be coated. The intermediate cooled composite part is adhered to the glass fiber plastic part using an acrylate adhesive and a compression molding machine operating at a pressing pressure of 5 bar.

Sowohl während der Vakuum-Umformung als auch beim Aufpressen bleibt der innovative Verbundwerkstoff luft- und flüssigkeitsdicht, so dass eine sichere Verfahrensführung und eine fehlerfreie Oberflächenqualität des holzfurnierbeschichteten Werkstücks gewährleistet ist.Both during vacuum forming and during pressing, the innovative composite material remains air- and liquid-tight, ensuring safe process control and flawless surface quality of the wood veneer coated workpiece.

Ausführungsbeispiel 2: Hinterspritzen eines biegeschlaffen Verbundwerkstoff-Vorformlings mit Kunststoff.Embodiment 2: Injection of a limp composite preform with plastic.

Ein dreidimensional biegeverformbares Flächenelement aus Buche mit einer Dicke von 1,2 mm ist rückseitig mit einer 0,3 mm dicken Folie aus Hochdruck-polyäthylen beschichtet. Die Beschichtung erfolgte durch Aufpressen bzw. Aufschmelzen bei einer Temperatur von 180°C unter Zuhilfenahme eines Trennbleches, welches nach Abschluss des Pressvorganges auf eine Temperatur von 55°C rückgekühlt wird. Nachfolgend wird der Verbund vom Trennblech abgenommen.A three-dimensional beech-forming surface element made of beech with a thickness of 1.2 mm is coated on the back with a 0.3 mm thick film of high-pressure polyethylene. The coating was carried out by pressing or melting at a temperature of 180 ° C with the aid of a separating plate, which is recooled after completion of the pressing process to a temperature of 55 ° C. Subsequently, the composite is removed from the separating plate.

Der so entstandene Verbundwerkstoff wird analog Beispiel 1 durch Tiefziehen vorgeformt. Dieser luft- und flüssigkeitsdichte Verbundwerkstoff-Vorformling wird anschließend in eine entsprechende Kunststoff-Spritzgussform eingelegt und mit einer ABS-Spritzgussmasse hinterspritzt, wobei sich der Verbundwerkstoff mit der Spritzgussmasse fest verbindet.The resulting composite material is preformed analogously to Example 1 by deep drawing. This air- and liquid-tight composite preform is then placed in a corresponding plastic injection mold and back-injected with an ABS injection molding compound, wherein the composite firmly bonds to the injection molding compound.

Die Verfahrens- und Produktvorteile entsprechen denen von Ausführungsbeispiel 1.The process and product advantages correspond to those of embodiment 1.

Claims (6)

Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement zur Herstellung schalenförmiger Halbzeuge oder Fertigteile, bestehend aus mindestens einem dreidimensional biegeverformbaren Flächenelement aus Holz, Holzverbundwerkstoff, geschichtetem Holz oder einem Verbund aus Holz und einem oder mehreren weiteren Flächenmaterialien, in welches zueinander beabstandete, schmale Nuten eingebracht sind und welches auf mindestens einer Breit- oder Großfläche eine schubverformungsfähige, gas- und flüssigkeitsdichte, druckresistente Schicht aufweist.Three-dimensionally bendable sheet element for producing shell-shaped semi-finished or finished parts, consisting of at least one three-dimensionally bendable surface element made of wood, wood composite material, layered wood or a composite of wood and one or more other surface materials, in which spaced, narrow grooves are introduced and which on at least one Wide or large surface has a shear-deformable, gas and liquid-tight, pressure-resistant layer. Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gas- und flüssigkeitsdichte Schicht eine durch Wärme plastifizierbare Folie ist, die mittels eines bei gleicher oder ähnlicher Temperatur plastifizierbaren Klebstoffes mit dem Flächenelement vollflächig oder partiell verbunden ist.Three-dimensionally flexurally deformable surface element according to claim 1, characterized in that the gas- and liquid-tight layer is a plastifiable by heat film which is fully or partially connected by means of a plastifiable at the same or similar temperature adhesive with the surface element. Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gas- und flüssigkeitsdichte Schicht als Schmelze, Dispersion oder aushärtbare Gießmasse auf mindestens einer Groß- oder Breitfläche des dreidimensional biegeverformbaren Flächenelementes angeordnet ist.Three-dimensionally flexurally deformable surface element according to claim 1, characterized in that the gas- and liquid-tight layer is arranged as a melt, dispersion or curable casting compound on at least one large or wide surface of the three-dimensionally bendable surface element. Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement mindestens eine, auf oder unter der gas- und flüssigkeitsdichten Schicht angeordnete Stabilisierungsschicht aus Fäden, Geweben, Vlies, einer weiteren Folie oder einem weiteren Klebstoff aufweist.Three-dimensional flexurally deformable surface element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the surface element has at least one, on or below the gas and liquid-tight layer stabilizing layer of threads, fabrics, non-woven, another film or another adhesive. Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Flächenelement als Beschichtungselement form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit einem dreidimensional geformten, festen Körper, wie einem formgefrästen Holz- oder Holzfaserformteil, einem laminierten Glasfaserformteil, einem tiefgezogenen, spritzgegossenen oder glasfaserverstärkten Kunststoffteil oder einem Leichtmetall-Spitzgießteil verbunden ist.Three-dimensionally flexurally deformable surface element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deformed surface element as a coating element positive, non-positive and / or material fit with a three-dimensionally shaped, solid body, such as a milled wood or wood fiber molding, a laminated glass fiber molding, a thermoformed, injection molded or glass fiber reinforced plastic part or a light metal injection-molded part is connected. Dreidimensional biegeverformbares Flächenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das umgeformte Flächenelement als Decklage mit einem, aus der flüssigen Phase durch Hinterspritzen hergestellten Formteil unlösbar verbunden ist.Three-dimensional flexurally deformable surface element according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deformed surface element is inextricably connected as a cover layer with a molded part produced from the liquid phase by injection molding.
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