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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
beschichteten großflächigen Elements
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Großflächige beschichtete
Formteile, bei denen eine Oberflächenschicht
auf einer Trägerschicht angeordnet
ist, sind allgemein bekannt. Die Oberflächenschicht kann eine Folie,
ein Dekormaterial oder ein anderes Hautmaterial aus einem Kunststoff,
Holz, Blech etc. sein. Die Trägerstruktur
bei bekannten Formteilen umfasst eine Trägerschicht aus einem Polyurethan-Material,
insbesondere einem Polyurethan-Material mit Zusatzstoffen, wie Fasern
(insbesondere Glasfasern).
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Bei
der Herstellung eines solchen großflächigen Elements, beispielsweise
einer Platte, wird das die Beschichtung bildende Element in ein
offenes Formwerkzeug eingelegt und ein Polyurethan-Material gleichmäßig darauf
aufgetragen. Nach dem Auftragen des noch nicht ausreagierten Polyurethan-Materials
wird das Formwerkzeug, insbesondere das Schäumwerkzeug, geschlossen, so
dass das Polyurethan-Material anschließend aufschäumen und ausreagieren kann.
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Beim
Eintrag des Polyurethan-Materials auf das die Beschichtung bildende
Element kann das Polyurethan-Material vorzugsweise mittels eines
Mischkopfes, welcher in einer vorgegebenen Bahn über das Element bewegt wird,
möglichst
gleichmäßig aufgetragen
werden. Die Bahn ist dabei so gewählt, dass das Element vollflächig mit
dem Polyurethan-Material abgedeckt wird, wobei zwei nebeneinander
angeordnete Bahnen aneinander angrenzen, um so eine das Element
vollständig überdeckende Beschichtung
zu schaffen.
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Eine
Realisierung einer solchen bekannten Bahn ist in den 3a und 3b dargestellt.
In diesen Figuren ist mit dem Bezugszeichen 40 eine untere
Hälfte
eines Formträgers
bezeichnet, in welchen das die Oberflächenbeschichtung bildende Element (nicht
näher sichtbar)
eingelegt ist. Auf diesem Element wird der Mischkopf in der mit
dem Bezugszeichen 46 bzw. 46' angegebenen Bahn spiralförmig von
einem Startpunkt 42 von innen nach außen bewegt und kontinuierlich
das Polyurethan-Material aufgetragen. Die mit der Bezugsziffer 44 bezeichnete, gestrichelte
Linie zeigt dabei die Stoßlinien
der verschiedenen Materialbahnen.
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Nach
dem Auftragen des Polyurethan-Materials wird die Schaumform geschlossen,
und das Polyurethan-Material kann ausreagieren. Nach dem Ausreagieren
des Polyurethan-Materials
ist beispielsweise eine Platte gebildet, wie sie in 1 dargestellt
ist. Die Platte weist eine Oberflächenschicht 12 und
eine Trägerschicht 14 auf.
Sie besitzt eine Breite b und eine Länge l.
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Allerdings
hat sich herausgestellt, dass aufgrund von thermischen Effekten
Spannungen auftreten, die nach der Herstellung der Platte – auch bei
einer noch so sorgfältigen
Arbeitsweise – zu
einer sogenannten Schüsselung
(also einem Durchbiegen der Platte) führen, wie dies in 1 dargestellt
ist. Die Platte 10 ist über
ihre Breite geringfügig
gewölbt und
besitzt einen Verzug, der sich in einem signifikanten Bereich von
einigen Millimetern bewegen kann. So wurde bei einer Plattenbreite
von 600 mm Verwerfungen mit bis zu 8 mm festgestellt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, bei
dem die oben genannten thermischen Effekte bzw. Spannungen vermieden
werden und keine Schüsselungseffekte
auftreten.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Es
wurde bei Versuchen festgestellt, dass bei einer linien- und/oder
abschnittsweisen Änderung der
Auftragsmenge oder der Auftragszusammensetzung, ersteres beispielsweise
durch zusätzliches Auftragen
von Polyurethan-Material auf eine bereits vollständig mit Polyurethan-Material
beschichtete Oberflächenschicht,
entlang von vorgegebenen Bahnen ein Schüsselungseffekt nach dem Aushärten vollständig vermieden
werden kann. Dies erklärt
man sich dadurch, dass durch einen zusätzlichen Auftrag oder einen
materialmäßig sich ändernden
Auftrag Strukturen in dem großflächigen Element
erreicht werden, die von ihrer Wirkung einer Verrippungsstruktur
entsprechen. Beispielsweise können
sich an den Stellen, an denen mehr Material aufgetragen wird, möglicherweise
dickere oder dichtere Strukturen, die evtl. auch noch in andere
Stützstrukturen
hineinreichen, ausbilden. Überdies
kann auch ein unterschiedlicher Abkühlungseffekt von dickeren und weniger
dickeren bzw. dichteren und weniger dichten Trägerstrukturabschnitten interne
Spannungen auflösen.
Insgesamt kommt es dadurch zu keinen Verwertungskräften mehr,
die nach der Herstellung des entsprechenden Produkten die nachteiligen
Schüsselungseffekte
bedingen.
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Die
oben genannten Effekte können
natürlich auf
unterschiedliche Weise erreicht werden. Beispielsweise kann das
die Beschichtung bildende Element zunächst mit einer im Wesentlichen
gleichmäßigen Schicht
eines nicht ausreagierten Polyurethan-Materials überzogen werden und anschließend (aber
auch bereits vorher) entlang von vorgegebenen Bahnen eine zusätzliche
Materialmenge aufgetragen werden. Beim anschließenden Aufschäumen des eingebrachten
Polyurethan-Materials, vorzugsweise in einer geschlossenen Schaumform,
bilden sich dann entlang der vorgegebenen Bahnen, bei denen das
zusätzliche
Material eingetragen worden ist, die entsprechenden Verstärkungs-
oder Verrippungsstrukturen aus. Die gleichmäßige Beschichtung kann dabei
wie herkömmlich üblich durch
Auftrag des Polyurethan-Materials
entlang einer oder mehrerer nebeneinander angeordneter Bahnen durchgeführt werden.
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Alternativ
zum zusätzlichen
Auftrag eines Polyurethan-Materials entlang von vorgegebenen Bahnen
kann das Polyurethan-Material auch derart auf das die Beschichtung
bildende Element aufgetragen werden, dass die Eintragsraten entlang
ihrer Bahn derart verändert
werden, um entlang von Linien oder Abschnitten unterschiedliche
Materialmengen einzufüllen.
Hier kann nun beim Durchfahren einer ursprünglichen Bahnkurve an bestimmten
Abschnitten mehr Material zugegeben oder alternative der Mischkopf
langsamer bewegt werden, so dass insgesamt pro Zeiteinheit mehr
Material zugegeben wird. Steuert man diese verschiedenen Materialeintragsraten in
Abhängigkeit
von der Bahnkurve, so können ebenfalls
zusammenhängende
Linien mit unterschiedlichem Polyurethan-Eintrag erreicht werden.
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Besonders
bevorzugt ist die Verwendung von Zusatzstoffen, insbesondere von
Fasern oder Glasfasern, mit dem Polyurethan-Material. Diesbezüglich wird
auf das sogenannte LFI-Verfahren (LFI = Long Fibre Injection, geschützte Marke
der Anmelderin) hingewiesen.
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Verwendet
man solche Zusatzstoffe im Polyurethan-Material, so können die
Verstärkungsstrukturen
auch dadurch erreicht werden, dass das Verhältnis der Polyurethan-Komponenten
oder das Verhältnis
des oder der Zusatzstoffe derart geändert wird, dass entlang von
Linien oder Abschnitten eine unterschiedliche Materialzusammensetzung
eingefüllt wird.
Dies kann natürlich
dadurch erreicht werden, dass man sowohl bei einem ersten Einfüllen bereits während des
Durchfahrens der Bahnkurve jeweils kurzfristig die Materialzusammensetzung ändert, so dass
sich insgesamt über
das beschichtete Objekt durchgängige
Linien oder Abschnitte ergeben. Alternativ kann auch eine andere
Materialkomponente über
eine erste vollständige
Beschichtung nochmals zusätzlich
aufgebracht werden.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform,
bei der das herzustellende Element aus mehreren Schichten besteht,
insbesondere aus einer Oberflächenschicht,
einer Polyurethan-Schicht, einer weiteren, separaten Verstärkungsschicht
und einer nochmaligen Polyurethan-Schicht. In diesem Fall kann die
separate Verstärkungsstruktur
beispielsweise ein separates Verstärkungselement mit einer Wabenstruktur,
insbesondere ein Papiermaterial mit einer Wabenstruktur, besitzen.
Dieses Papiermaterial trägt
trotz seines leichten Gewichts zu einer erheblichen Festigkeitserhöhung bei.
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Bei
der Herstellung des vorgenannten Sandwich-Produktes ist die separate
Verstärkungsstruktur zwischen
zwei Polyurethan-Schichten angeordnet. Wird nun sowohl die erste
Polyurethan-Schicht als auch die zweite Polyurethan-Schicht wie
vorgenannt beschrieben eingetragen, nämlich, dass entlang von vorgegebenen
Bahnen zusätzliches
Material oder Material mit einer anderen Materialzusammensetzung
aufgetragen wird, so kann es beim Schließen und Aufschäumen geschehen,
dass sich ein Materialüberschuss
in die separate Verstärkungsstruktur einprägt, wodurch
explizit rippenartige Verstärkungselemente
entstehen.
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Verwendet
man Fasern, insbesondere Glasfasern für die Beschickung des Polyurethan-Materials, so kann
ein Glasfasernteil zwischen 10 % und 70 % gewählt werden.
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Besonders
ist dabei bevorzugt, für
unterschiedliche Polyurethan-Schichten unterschiedliche Faseranteile
zu wählen.
Weitere Merkmale und Vorteile sind in den Unteransprüchen definiert. Überdies wird
die vorliegende Erfindung und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
anhand näherer
Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Die
Zeichnungen zeigen in:
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1 eine
schematische Perspektivdarstellung einer geschüsselten Platte,
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2 eine
schematische Perspektivdarstellung einer erfindungsgemäß hergestellten
Sandwich-Platte,
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3a und 3b Bahnkurven
für den
Eintrag eines Polyurethan-Materials auf eine Oberflächenschicht
gemäß dem Stand
der Technik,
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4a und 4b Bahnkurven,
entlang denen ein zusätzlicher
Eintrag des Polyurethan-Materials geschieht,
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5a und 5b alternative
Bahnkurven für
einen zusätzlichen
Eintrag eines Polyurethan-Materials und
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6 eine
Detailschnittdarstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäß hergestellten
Platte mit ausgebildeten Verstärkungsrippen.
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In 1 ist
eine mit einer Oberflächenschicht
versehene Platte dargestellt, welche gerade den ungewünschten
Schüsselungseffekt
zeigt. Dieser Schüsselungseffekt
scheint aufgrund der thermischen Spannungen zu entstehen, die aus
den unterschiedlichen Schichtmaterialien der Oberflächenschicht 12 und
der Polyurethan- Schicht 14 resultieren.
Durch die Spannung kommt es bimetallartig zu den Krümmungen,
die gerade zu vermeiden sind.
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Bei
dem in 1 dargestellten Objekt wurde – wie im Einzelnen nicht weiter
dargestellt ist – die Oberflächenschicht 12 zunächst in
ein offenes Schaumwerkzeug eingelegt und sodann mit einem Polyurethan-Schaum
gleichmäßig beschickt.
Dabei wird zum Eintrag ein an sich üblicher Mischkopf verwendet, über dessen
Ausfuhröffnung
das Polyurethan-Material auf die Oberflächenschicht aufgetragen wird.
Der Mischkopf wird dabei entlang einer Bahn verfahren, wie sie in
den 3a und 3b alternativ
mit den Bezugsziffern 46 und 46' dargestellt sind. Zwei benachbarte
Bahnen grenzen aneinander an den Begrenzungslinien 44 bzw. 44' an. Der Materialeintrag
erfolgt in den Bahnen 3a und 3b von einem Startpunkt 42 aus
spiralförmig
von innen nach außen. Natürlich können auch
andere, nämlich
serpentinenartig oder schlangenlinienförmig ausgestaltete Bahnen gewählt werden.
Entscheidend ist lediglich, dass eine vollflächige im wesentlichen gleich
dicke Beschichtung der Oberflächenschicht
erreicht ist.
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Nachfolgend
sollen beispielhaft verschiedene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
eines beschichten Sandwich-Produktes, wie es in 2 dargestellt
ist und keine Schüsselungseffekte aufweist,
beschrieben werden.
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Das
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Produkt umfasst eine Oberflächenschicht 22,
eine ausgehärtete
faserbeschickte Polyurethan-Schicht 24, eine separate mit
einer internen Wabenstruktur versehene Papierstützschicht 26 sowie
eine weitere mit Glasfaser beschickte Polyurethan-Schicht 28.
Beim Herstellen wird zunächst
das die Oberflächenschicht
bildende Element 22 in eine Hälfte einer offenen Schäumform eingelegt.
In die offene Schäumform
und auf das Element 22 wird ein glasfaserbeschicktes Polyurethan-Material
(z.B. 40 % Glasfaser) aufgetragen, wobei eine Auftragsbahn verwendet
wird, wie sie in den 3a oder 3b dargestellt
ist. Insbesondere wird ein Mischkopf von einer Startposition 42 spiralförmig von
innen nach außen
geführt,
wobei das die Oberflächenschicht
bildende Element gleichmäßig und
vollflächig
mit dem Polyurethan-Material beaufschlagt wird.
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Nach
dem vollständigen
Beschichten des Elements 22 wird zusätzlich entlang einer Bahn,
wie sie in 4a oder 4b dargestellt
ist, nochmals ein Polyurethan-Material aufgetragen. Diese zusätzliche
Bahn führt
zum einen entlang den äußeren Kanten
des Werkzeugs auf einer Bahn 50 oder 50' entlang der
mit Pfeilen angegebenen Richtung. Zudem wird eine, entsprechend
der Form einer quergelegten Sanduhr gestaltete Bahn 52 oder 52' in Pfeilrichtung durchfahren
und der zusätzliche
Materialeintrag durchgeführt.
Nach diesem Materialeintrag wird die separate Verstärkungsstruktur 26 auf
die Polyurethan-Schicht 24 aufgelegt. Diese separate Verstärkungsschicht
kann beispielsweise eine Papierkonstruktion mit einer internen Wabenstruktur
sein. Die Papierkonstruktion ist von besonderer Leichtigkeit, erhöht aber
dennoch die Stabilität
in signifikantem Maße.
Auf die separate Verstärkungsstruktur 26 wird wiederum
ein glasfaserverstärkter
Polyurethan-Auftrag (z.B. 20 % Glasfaser) durchgeführt, und
zwar identisch wie bei der unteren Polyurethan-Schicht 24 zunächst in
einer herkömmlichen
Bahn entsprechend den 3a und 3b und
sodann zusätzlich
mit einer darüber
gelagerten Bahn, wie in den 4a oder 4b dargestellt.
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Da
die separate Verstärkungsstruktur 26,
wie in 2 zu erkennen ist, nicht bis zum Rand der Schaumform
reicht, wird die Wabenstruktur von dem Polyurethan-Material der
Schicht 24 bzw. 28 vollständig eingehüllt, so dass sie von außen nicht
zu erkennen ist.
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Nach
den oben beschriebenen Schritten wird das Schaumwerkzeug geschlossen
und der Schäum-
bzw. Aushärtvorgang
durchgeführt.
Während des
Schließens
bzw. des Aushärtens
prägen
sich entsprechend dem zusätzlichen
Materialauftrag Linien, auf denen ein zusätzlicher Materialeintrag entsprechend
den 4a und 4b stattgefunden hat,
in die separate Verstärkungsstruktur 26 in
der Weise ein, wie sie in 6 im Detailschnittbild
mit den Bezugszeichen 70 und 72 dargestellt sind.
Damit sind entsprechend den Linien 50 und 52 bzw. 50' und 52 Linienstrukturen über die
gesamte Platte hinweg angeordnet.
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Diese
Strukturen erhöhen
zum einen die Stabilität.
Zum anderen helfen sie beim Abbau der thermischen Spannung während des
Abkühlvorgangs nach
dem Schaumprozess des Polyurethans. Die zusätzlichen Bahnen, entlang denen
ein Materialeintrag stattfindet, müssen natürlich nicht unbedingt wie in den 4a und 4b gezeigt
gewählt
werden. Alternativ können
auch andere Linienformen, beispielsweise wie die in den 5a und 5b angegebenen
Bahnkurven 54 oder 54' verwendet werden. Ausschlaggebend
scheint lediglich, dass entlang dieser Linien oder Bereiche rippenartige
Verstärkungsstrukturen
entstehen, die bei der Herstellung eines Produkts wie in 2 gezeigt
durch die Einprägung
in das separate Verstärkungselement
hergestellt werden können.
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Ist
die separate Verstärkungsstruktur 26 bei einer
Platte entweder nicht vorhanden oder lässt sie sich nicht in der gezeigten
Weise eindrücken,
so können
die Rippen auch aufgrund einer anderen Dichte oder Festigkeitsstruktur
in einer gleichförmigen
Polyurethan-Schicht erreicht werden. Ist beispielsweise die Dichte
des Polyurethan-Materials
oder das Beschickungsverhältnis
mit einem Zusatzstoff in linienförmiger
Weise – beispielsweise
entlang ähnlichen Linien
wie in den 4a, 4b, 5a oder 5b gezeigt – vorhanden,
so können
diese Ausgestaltungen ähnliche
stabilisierende Verrippungseffekte haben. Entscheidend bei der vorliegenden
Erfindung ist somit lediglich, dass keine gleichförmige Beschichtung
einer Oberflächenschicht
durchgeführt wird,
sondern aufgrund von Änderungen
beim Eintrag in der Materialmenge, entweder durch einen zusätzlichen
Materialeintrag, durch einen entsprechenden variierenden Materialeintrag
oder durch eine Änderung
der Materialzusammensetzungen eine interne Verrippungsstruktur erreicht
wird, die den bisherigen thermischen Effekten, insbesondere einer
Verschüsselung
eines großflächigen Objekts
sicher entgegenwirkt.
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Mit
der vorliegenden Erfindung sind bereits hervorragende Ergebnisse
erzielt worden, bei denen auch Platten mit einer Breite von 1250
mm nahezu keinerlei Durchbiegungseffekte aufwiesen.
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- 10
- Beschichtete
Platte
- 12
- Oberflächenschicht
- 14
- Trägerschicht
- 20
- Beschichtete
Sandwich-Platte
- 22
- Oberflächenschicht
- 24
- LFI-Schicht
- 26
- Wabenstruktur
- 28
- LFI-Schicht
- 30
- LFI-Rand
- 40
- Schaumform
- 42
- Startpunkt
- 44,
44'
- Stoßlinie von
aneinandergrenzenden Bahnen
- 46,
46'
- Bahn
für den
Eintrag des LFI-Materials
- 50,
50'
- Randwärtige Zusatzbahn
- 52,
52'
- Verstärkungsstruktur
bildende Zusatzbahn (1. Alternative)
- 54,
54'
- Verstärkungsstruktur
bildende Zusatzbahn (2. Alternative)
- 70
- Rippe
- 72
- Rippe