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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Sandwichplatte,
bei welchem ein Kern und Stützschichten
zwischen Deckschichten angeordnet werden.
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Als
Sandwichplatte bezeichnet man im Allgemeinen ein Gebilde aus mehren
miteinander verbundenen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften.
Der Aufbau von plattenförmigen
Sandwichkonstruktionen zeichnet sich üblicher Weise dadurch aus, dass
er aus zwei Deckschichten und einem dazwischen liegenden Kern besteht.
Ziel dieser Konstruktion ist es u.a., unter Einsparung von Material
und Gewicht eine verbesserte Tragfähigkeit gegenüber den Ausgangsmaterialien
zu erzielen. Sowohl die Deckschichten als auch die Kernschicht müssen hierbei verschiedene
Kräfte
und Beanspruchungen aufnehmen und in geeigneter Weise miteinander
abgestimmt sein. Der Kern hat dabei vornehmlich die Aufgabe, die
beiden Deckschichten auf Abstand zu halten und dabei entsprechende
Kräfte
aufzunehmen. Eine weitere Aufgabe des Kerns ist es, eine Schubübertragung
zwischen den Deckschichten sicherzustellen, sowie die Deckschichten
gegen Beulen zu stabilisieren. Vornehmliche Aufgabe der Deckschichten
ist es, das Biegemoment in Form eines Kräftepaares, d.h. sowohl Zug-
als auch Druckkräfte,
aufzunehmen.
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Beim
Bau von Häusern,
aber auch z.B. von Flugzeugen und Schiffen wird die Montage bekanntlich
durch die Verwendung vormontierter Baugruppen und vorgefertigter
Bauelemente beschleunigt. Dies rationalisiert das Herstellungsverfahren
und spart Geld. Insbesondere in den Entwicklungsländern besteht
erhöhter
Bedarf, dass Häuser
nach fertigungstechnischen (bzw. wirtschaftlichen) Gesichtspunkten
konstruiert werden. Auch aus diesem Grunde werden Sandwichbauteile
in Zukunft an Bedeutung hinzugewinnen. Voraussetzung ist, dass Sandwichkonstruktionen
zur Verfügung
stehen, die auch hohen Belastungen und Beanspruchungen standhalten,
um insbesondere in den Entwicklungsländern gegen besondere Bedingungen
der Natur gewappnet zu sein.
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Man
kann auch dazu übergehen,
in dem Kern zusätzliche
Stützschichten
anzuordnen, um erhöhte
auf die Deckschichten einwirkende Zug- als auch Druckkräfte aufzunehmen.
Zur Herstellung einer solchen Sandwichplatte kann ein Verfahren
zur Anwendung kommen, bei dem eine Sandwichplatte zerlegt wird,
die zuvor durch Verbinden eines Kerns mit zwei einander gegenüber liegenden
Deckschichten hergestellt worden ist. Die Zerlegung erfolgt dabei in
einer Mehrzahl von Einzelteilen derart, dass die Einzelteile jeweils
aus einem Teilstück
des Kerns, das zwischen aus Teilstücken der Deckschichten gebildeten
Stützschichten
angeordnet ist, gebildet werden. Sodann erfolgt die Anordnung der
Einzelteile zwischen zwei weiteren Deckschichten derart, dass die
Einzelteile eine räumlichen
Entfernung zueinander aufweisen und die Stützschichten zwischen den Deckschichten
verlaufen sowie mit diesen verbunden werden, wobei zwischen den
Einzelteilen eine Füllschicht
beispielsweise in Form von Styropor integriert wird.
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Es
ist bereits erwähnt
worden, dass Sandwichplatten zunehmend unter fertigungstechnischen (bzw.
wirtschaftlichen) Gesichtspunkten konstruiert werden müssen.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren
zur Verfügung
zu stellen, das eine rationelle Herstellungsweise sowie gleichzeitig
die geforderten Eigenschaften von Sandwichplatten wie Festigkeit
und geringes Gewicht gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches
1 sowie mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 12 gelöst.
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Die
Erfindung zielt darauf ab, eine schnelle Verklebung der Sandwichplatte
zu erreichen. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Aushärtung unter Vakuum
und bei gegebener Temperatur. Für
die Durchführung
des Verfahrens dient eine Vorrichtung, bei der um einen gesamten
Produktionstisch mit einer Tischplatte, der als Unterlage für die Herstellung der
Sandwichplatte dient, ein Vakuumkanal angeordnet ist, wobei der
Produktionstisch und die Umgebung des Tisches heizbar und kühlbar ist.
Dies stellen Essentials für
ein beschleunigtes und kostengünstiges
Herstellungsverfahren von Sandwichplatten dar, auf welches im Folgenden
noch detaillierter eingegangen wird.
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Vorzugsweise
wird ein Ringvakuum eingesetzt, wobei die Herstellung der Sandwichplatte
auf einer Tischplatte und die Aushärtung in einem Vakuumkanal,
der um die Tischplatte angeordnet wird, erfolgt. Eine Erstschicht
als Deckschicht wird dabei aus einem Harzgemisch hergestellt.
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Für die Herstellung
der Sandwichplatte ist es erforderlich, dass die Erstschicht komplett
mit einem Kern, der vorzugsweise aus Styropor hergestellt wird,
und mit Stützschichten über die
Gesamtlänge des
Tisches belegt wird, um in einem weiteren Schritt auf den Kern und
die Stützschichten
eine weitere Deckschicht aufzunehmen. Es ist von Vorteil, dass während der
Aushärtung
zwecks Erwärmung
die Temperatur linear hochgefahren wird, wobei vorzugsweise die
Temperaturstufen bei 55°C,
70°C und
85°C erreicht
werden. Auf jeder dieser Stufen wird die Temperatur für 1 bis
3 Minuten angehalten. Auf diese Weise hat der exotherme Prozess
Zeit nachzukommen. Dies ist besonders wichtig für die Temperaturbeständigkeit
der Sandwichplatten.
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Schließlich sieht
die Erfindung noch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, bei der
um den gesamten Produktionstisch mit einer Tischplatte, der als
Unterlage für
die Herstellung der Sandwichplatte dient, ein Vakuumkanal angeordnet ist,
wobei der Produktionstisch und die Umgebung des Tisches heizbar
bzw. kühlbar
ist.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
eine Vorrichtung 100 zur Herstellung eine 4 Sandwichplatte 11,
bei welcher ein Kern 12 und Stützschichten 13 zwischen
zwei Deckschichten 14, 15 angeordnet werden und
die Sandplatte 11 ausgehärtet wird. Die Vorrichtung
weist einen Produktionstisch 18 mit einer Tischplatte 16 auf,
der komplett von einem Vakuumkanal 17 umgeben ist. Die
Vorrichtung 100 setzt ein Ringvakuum ein, um die luftblasenfreie
Verklebung der Sandwichplatte 11 zu garantieren. Zudem
sorgt ein Ringvakuum für
eine optimale Verdichtung des Laminats der Deckschichten 14, 15 und
saugt überschüssiges Harz
der Deckschichten 14, 15 auf. Der Vakuumkanal 17 hat
vorzugsweise einen quadratischen Mindestdurchmesser von 100 × 100 mm.
Das zu erzeugende Vakuum beträgt
0,7 bar. An der Vorrichtung 100 sind alle 2 Meter Ansaugstützen, die
60 mm über
dem Kanalboden des Vakuumkanals 17 angeordnet sind, eingebaut.
Der Durchmesser dieser Ansaugstutzen beträgt 22 mm. Des Weiteren sind
an der Vorrichtung 100 großvolumige Pumpen 9 eingebaut,
die bei einer Tischgröße des Produktionstisches
8 von 12,0 × 2,5 m
das maximale Vakuum in weniger als 120 Sekunden erzeugen. Der äußere Rand
des Vakuumkanals 17 ist mit einer 22 mm breiten Moosgummidichtung ausgeführt. Über den
gesamten Tisch 16 wird vorzugsweise eine 1,2 mm PVC Hochtemperatur
Vakuumfolie gelegt, so dass sie am äußeren Moosgummirand mindesten
100 mm überlappt.
Anschließend wird
ein Vierkantprofil, welches an der Unterseite ebenfalls ein Moosgummidichtungsband
mit einer mittleren Härte
aufweist, aufgesetzt. Dieses wird mittels einer Klemmvorrichtung
fest mit dem Rand des Vakuumkanals 17 verbunden. Dadurch
wird die Folie kraftschlüssig
und vakuumstabil eingeklemmt. Der äußere Rand des Vakuumkanals 17 ist
derart angeordnet, dass die Vakuumfolie, auch wenn sie unter dem
Druck einen Bogen macht, nicht zum Abklemmen an der äußeren Kante
der Platte 11 führt.
Der Abstand Platte 11 zu der äußeren Kante des Vakkuumkanals
sollte 17 vorzugsweise mindestens 200 mm betragen. Die
Höhendifferenz
Plattenmax zum Vakuumaußenrand
beträgt
vorzugsweise 20 mm, wobei sich die Höhendifferenz aus Plattenrandabstand
zu Vakuumrand multipliziert mit 10% berechnet.
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Es
muss eine Auslauffläche 10 für überschüssiges Harz
an dem Produktionstisch 18 vorhanden sein. Die Auslauffläche 10 für überschüssiges Harz
muss mindestens 80 mm betragen, d.h. der Produktionstisch 18 muss mindestens
80 mm größer sein
als die zu produzierende Platte 11. Die Kanten zum Vakuumkanal 17 sind
mit einem Radius vom 14 mm abzurunden, um Strömungsgeräusche und Verwirbelungen zu
unterbinden. Das Verhältnis
des Volumens des Vakuumkanals 17 zu der Auslauffläche beträgt 2:1,2.
Unterhalb des Vakuumkanals 17 ist eine Ringleitung mit
einem Durchmesser von 60 mm angeordnet, die direkt über eine
stufenlose Volumenregelung an die Vakuumpumpen 19 angeschlossen ist.
An den beiden kurzen Seiten des Tisches 18 ist je ein Manometer
für den
Betriebsdruck angeordnet. Das Vakuum muss mit einer maximalen Abweichung von
3% betrieben werden, um Verwerfungen auf der Plattenoberseite zu
vermeiden. Die Tischoberfläche des
Produktionstisches 18 wird mit einer Trennschicht aus Wachs
oder Teflon versehen. Die Platte des Produktionstisches 18 muss
auf 2/10 mm, gemessen über
die Diagonale des Tisches 18 ausgerichtet werden. Direkt
unter der Trennschicht befindet sich ein Aluminium-Epoxy-Harzgemisch
in einer Stärke
von 45 mm mit einer Temperaturbeständigkeit von 150 Grad C (Temperaturstabilisiertes
Epoxy von Sitcom). Das Gemisch muss mit 2 Lagen Glasfasern/Matten
1200 g Quadraxial Gelege 0°,
9°, 45° gegründet sein.
In diese Schicht werden in horizontaler Querrichtung zum Produktionstisch 18 Röhren mit
einem Durchmesser von 12 mm eingelassen. Diese dienen allerdings
nur als Form und werden nach dem Aushärten wieder herausgezogen.
Der dann entstandene Hohlraum dient als Schacht um als flüssiges Medium
aufzunehmen. An den beiden Enden werden Stutzen eingeklebt, die
mit einem Wasserheizsystem verbunden sind. Der Abstand der Röhrchen zur Tischoberfläche beträgt 12 mm.
Der Abstand der Röhrchen
untereinander 14 mm. Die Röhrchen
werden im Wechsel mit kaltem und heissem Wasserbeschickt. Damit
kann der Produktionstisch 18 in 4 Minuten von der Arbeitstemperatur
42°C auf
95°C hochgefahren
bzw. umgekehrt zurück
auf die Arbeitstemperatur heruntergefahren werden.
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Die
Heizung 20 muss sich linear steuern lassen uns ist elektronisch
zu regeln, so dass je nach Plattenstärke und Aufbau unterschiedliche
Programme 21 gefahren werden können.
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Das
Harzgemisch besteht aus Harz, Härter und
Flammschutz und wird in flüssiger
Form mit einer hohen Viskosität
und einer Temperatur von 42°C
auf die Platte des Produktionstisches 18 aufgebracht. Dies
geschieht mittels einer Röhrenträufelungsanlage
die aus einem 2,5 m langen 22 mm V4A Rohr besteht, in das 2 mm Löcher mit
einem Abstand vom 12 mm über
die gesamte Länge
gebohrt sind. Am Ende ist das Rohr verschlossen.
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Das
Harzgemisch ist aus einem statischen Mischer, der mittig mit einem
Abstand von 400 mm über
dem Rohr angebracht ist, direkt über
fünf 10
mm Schläuche
einzubringen. Die Schlauchlängen
müssen
dabei zwingend exakt gleich lang sein. Dies bedeutet, dass die zur
Mitte befindlichen Schläuche
Bögen machen
müssen.
Es ist darauf zu achten, dass keine Schleifen entstehen in denen
sich Luftsäcke oder
Harz ablagern kann. Das Harzgemisch muss blasenfrei in das Rohr
gelangen. Der Abstand Röhrenauslass
zur Oberfläche
des Produktionstisches 18 beträgt 18 mm. Ein Wagen mit dem
statischen Mischer und einem separaten Harz – sowie Härterbehälter und einer 2K Pumpanlage
fährt dann
in Längsrichtung über den
Tisch 18 und gießt
das Harz auf die Platte des Tisches 18. Über die
Geschwindigkeit wird die aufzubringende Harzmenge gesteuert. Die
Erstschicht muss 0,7 mm betragen. Sie wird anschließend mit
85°C 3 Minuten
lang getämpert,
so dass geliert. Darauf wird dann mit dem gleichen Wagen, der eine
Abrollvorrichtung für
Glasmatten hat, ein Glas- oder Jutegelege ausgerollt. Dies geschieht
mittels einer sensorgesteuerten Walzvorrichtung, die sicherstellt,
dass das Mattengelege verzugsfrei aufgebracht wird. Die so aufgelegte
Matte wird wieder mit dem Harz getränkt in einem Verhältnis Mattengewicht
zu Harzvolumen von 100:60. Anschließend werden direkt auf die
Matte Styroporplatten als Kern 12 mit den Maßen 2,5 × 1,0 m
manuell aufgelegt. Jeweils zwischen jede Styroporplatte wird eine
Stützschicht 13,
die ebenfalls aus Materialdeckschichten 14, 15 besteht,
gelegt. Diese Platte wird um 90° gedreht
und dient nach dem Aushärten
als innenliegende Stützkonstruktion
für die
Sandwichplatte 11. Die Stützschicht 13 muss
immer um 1% höher
sein als das gesamte Dickenmaß der
herzustellenden Platte 11. Diese Angabe bezieht sich auf
eine Platte 11 mit einem Schaumkernvolumen von 25 kg/m3. Anderen Volumina sind gesondert zu berechnen.
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Das
Styropor als Material des Kerns 12 mit an einem Anschlag,
der sich auf der Längsseite
des Produktionstisches 18 befindet, fixiert. Das Styropor wird über die
gesamte Längsseite
eingeklemmt und somit fixiert. Nachdem eine erste Deckschicht 19 komplett
mit Styropor und Stützschichten 13 über die Gesamtlänge des
Produktionstisches 16 belegt ist, wird wieder Harz mit
einer Schichtstärke
von 0,9 mm aufgebracht und eine Matte trocken eingelegt. Diese wird
anschließend
noch einmal mit Harz der Stärke 0,4
mm beschichtet. Unmittelbar nach Fertigstellung dieses Arbeitsganges
wird ein über
dem Produktionstisch 18 befindlicher Vakuumrahmen bis auf
die Platte 11 abgesenkt und außen mit den Rahmen verbunden.
Ein oberer „Deckel" kann entweder die
oben beschriebene Folie sein oder eine feste Platte mit dem gleichen
Aufbau wird die Tischplatte 16, d.h. eine zu heizende/kühlende Fläche. Diese
Platte ist außen
zum Rahmen mit einer Membrane versehen, die das exakte Auflegen
des Deckels auf den Produktionstisch 18 ermöglicht.
In jedem Fall ist sicherzustellen, dass die beiden Deckschichten 14, 15 die gleiche
Temperatur erhalten, wobei bestenfalls eine maximale Abweichung
von 5°C
möglich
ist. Nachdem die Vorrichtung 100 geschlossen ist, wird
das Vakuum in Betrieb genommen und auf 0,7 bar hochgefahren. Es
ist bei der Folienproduktion darauf zu achten, dass keine Falten
entstehen. Die Temperatur muss in 3 Stufen linear hochgefahren werden.
Die Temperaturstufen sind 55°C,
70°C und
85°C. Auf
jeder Stufe ist die Temperatur für
1 bis 3 Minuten anzuhalten, d.h. der Prozess muss isothermisch verlaufen.
Auf diese Weise hat der exotherme Prozess Zeit nachzukommen. Dies
ist besonders relevant für
die Temperaturbeständigkeit
der Platten. Die maximale Temperatur beträgt 95°C, die aber nur als Oberflächentemperatur
gemessen werden darf, da ansonsten der Kern 12 schmilzt.
Ein Temperaturprogramm der Vorrichtung 100 steuert diesen
Prozess exakt. Der Härter
für das
Spezialharz ist so formuliert, dass der Härtungsprozess erst bei Temperaturen über 60°C einsetzt.
Die Platte 11 ist je nach Aufbau zwischen 18 bis 15 Minuten
fertig ausgehärtet.
Nach dem Öffnen
der Vorrichtung 100 wird diese mittels einer Vakuumhebevorrichtung
vom Produktionstisch 18 genommen und anschließend auf
eine plane Ebene gelegt um langsam abzukühlen. Die Platte 11 muss
mindestens 1 Stunde ruhen bevor sie weiter verarbeitet werden kann.
Der Produktionstisch 18 kann sofort wieder mit einer Platte 11 belegt
werden. Eine kontinuierliche Fertigung ist mit der hier beschriebenen
Vorrichtung 100 mit einer Wiederholungsgenauigkeit von
99% möglich.
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- 100
- Vorrichtung
- 10
- Auslauffläche
- 11
- Sandwichplatte
- 12
- Kern
- 13
- Stützschichten
- 14,
15
- Deckschichten
- 16
- Tischplatte
- 17
- Vakuumkanal
- 18
- Produktionstisch
- 19
- Pumpen
- 20
- Heizung
- 21
- Programme