DE102009021200B4

DE102009021200B4 - Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wabenstrukturen

Info

Publication number: DE102009021200B4
Application number: DE102009021200A
Authority: DE
Inventors: Michael Sauer
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: DE102009021200A1

Abstract

Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wabenstrukturen, bei dem – eine Wabenstruktur (10', 10'') beidseitig beschichtet wird und – das so hergestellte Sandwich-Zwischenprodukt in einer Werkzeugpresse zumindest geringfügig unter Beibehaltung der Wabenstruktur (10') verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest in einem Beschnitt-Bereich (B) Teile des Sandwich-Zwischenproduktes in einem ersten Schritt derart kompakt verpresst werden, dass die Hohlräume in der Wabenstruktur zumindest im Wesentlichen kompaktiert werden, und – dass in diesen kompakt verpressten Bereserbeschnitt mit einer Laserbeschnittvorrichtung (20) durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wabenstrukturen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bekannt ist es, eine Sandwich-Wabenstruktur dadurch herzustellen, dass eine Wabenstruktur beidseitig mit einer Beschichtung versehen, beispielsweise in einem ersten Schritt mit einem Vlies beschichtet und einem Polyurethanmaterial besprüht wird. Anschließend wird das so beschichtete Bauteil in einem Werkzeug, insbesondere einer Formpresse, positioniert. Bei einem Schließen des Werkzeugs wird das mit Polyurethan getränkte Vlies durch Formgebung des Werkzeugs zumindest geringfügig in die Wabenstruktur gepresst, wodurch sich das Polyurethan sowie das Vlies mit der Wabenstruktur zu einer hochfesten, aber dennoch leichten Struktur verbinden.
Solche Sandwich-Wabenstrukturen müssen nach der Herstellung oftmals noch randseitig oder in bestimmten vorgegebenen Bereichen beschnitten oder gestanzt werden. Dazu verwendet man – wie dies beispielsweise in der DE 103 57 386 A1 dargestellt ist – bei der bisherigen Vorgehensweise ein Schneid- oder Stanzwerkzeug, mit dem die Sandwich-Wabenstruktur noch im Werkzeug selbst randseitig beschnitten oder in zentraleren Bereichen ausgestanzt wurde. Manchmal wurde der Beschnitt auch mittels eines separaten Stanzschnittes außerhalb des Werkzeuges durchgeführt.
Gerade bei der Verwendung einer Beschichtungen mit Faserverstärkung oder besonderen Wabenstrukturen tritt jedoch ein relativ schneller Verschleiß der Schneidwerkzeuge auf, mit der Folge, dass die Schneidkanten oder Messer öfters ersetzt werden müssen. Bei stumpfen Schneidkanten tritt ein Ausfasern oder Ausfransen an der Stanzkante auf.
Als allgemeiner Stand der Technik wird auf die US 6 033 167 A hingewiesen, in der insbesondere ein Verpackungsmaterial umfassend eine beschichtete Wabenstruktur in Kombination mit einem Luftkissen offenbart wird. Die beschichtete Wabenstruktur weist dabei eine Ausnehmung für das Luftkissen auf, welche in einer Ausführungsform mittels eines Prägestempels ausgebilet wird, wobei der Prägestempel während des Prägevorgangs einen am Stempel randseitigen Schnitt vornimmt. Überdies kann die Wabenstruktur in einem deformierten Bereich eine geschlitzte Oberfläche aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Beschnitt eines Sandwichproduktes.
Aufgabe ist es ein Verfahren anzugeben, mit dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden und welches variabel eingesetzt werden kann. So ist es bei manchen Anwendungen notwendig, den Beschnitt von Produkt zu Produkt zu verändern. Bei der Verwendung von Stanzwerkzeugen ist dies nur schlecht möglich, da das Werkzeug dann von Produkt zu Produkt geändert werden muss.
Aus der US 2006/0 118 238 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer beidseitig beschichteten Wabenstruktur in einem kontinuierlichen Prozess beschrieben. Das so kontinuierliche hergestellt Composit-Produkt wird mit einer Schneideinrichtung, für die beispeilsweise eine Laserschneideinrichtung verwendet werden kann, abgetrennt.
Für eine große Variabilität spricht zunächst die Verwendung einer vorgenannten Laserbeschnittvorrichtung. Jedoch ist der Laserbeschnitt bei Wabenstrukturen in der Regel nicht verwendbar, weil der Laserstrahl beim Eindringen in die Wabenstruktur „auffokussiert”, damit einen unsauberen Schnitt verursacht und das Material im Randbereich verbrennt; dies auch deswegen, weil die Verbrennungsgase seitlich in die Wabenstruktur eindringen. Dieser Effekt tritt insbesondere bei der Verwendung von Papierwaben auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein variables Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wabenstrukturen bereitzustellen, welches die vorgenannten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren gemäß der eingangs genannten Art die Sandwich-Wabenstruktur in einem Schnittbereich in einem ersten Schritt derart kompaktiert wird, dass die Hohlräume im Wesentlichen aufgehoben werden, die Wabenstruktur im kompaktierten Bereich somit durch Verpressen faktisch aufgelöst wird. Dies kann im Formgebungswerkzeug passieren, muss aber nicht. Dabei bedeutet „im Wesentlichen”, dass kleinere Hohlräume noch vorhanden sein können. Solche Hohlräume im Bereich von einem oder wenigen Millimetern in einem an sich kompakten Material stören nicht, wie sich bei Versuchen gezeigt hat. Dies auch deswegen, weil das Beschichtungsmaterial in dem kompaktierten Bereich diesen oftmals vollständig durchdringt.
Nachdem das Sandwich-Zwischenprodukt zumindest im Beschnittbereich derart kompaktiert ist, dass im Wesentlichen kaum noch Hohlräume vorhanden sind, kann nun eine Laserbeschnittvorrichtung eingesetzt und in einem zweiten Schritt mit einer ausreichenden Schneidenergie ein Laserbeschnitt vorgenommen werden.
Dabei wird vorzugsweise ein Abstand von zumindest 1 mm zum nicht kompakt verpressten Bereich gehalten, so dass eine saubere Schnittkante gewährleistet werden kann. Vorzugsweise wird zusätzlich zum Lasereintrag noch ein Schneidgas auf den Schnittbereich unter Druck aufgebracht (z. B. Druckluft). Dieses Schneidgas trägt zum Abtransport von kleinsten Teilen aus dem Schnitt- oder Schneidbereich bei, so dass ein gerader und sauberer Schnitt gewährleistet werden kann. Je besser die Bauteilstruktur im Beschnitt-Bereich kompaktiert – also verpresst – ist, desto sauberer kann der Schnitt durchgeführt werden.
Ein besonders sauberer Schnitt ist dann möglich, wenn die Sandwich-Zwischenstruktur im Bereich der kompakten Verpressung eine Dicke von 1–5 mm, vorzugsweise jedoch nicht mehr als 1–3 mm aufweist. Überdies sollte der Bereich der kompakten Verpressung für den Beschnitt-Bereich eine Breite von mindestens 3 mm, vorzugsweise mind. 5 mm aufweisen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Blick auf die einzige beiliegende Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Laserschnittes.
In einem vorliegend nicht dargestellten vorhergehenden Verfahrensschritt wurde zunächst eine Wabenstruktur beidseitig mit einem Vlies sowie einem Polyurethanmaterial beidseitig beschichtet und in ein Formwerkzeug eingelegt, in dem es dann – möglicherweise auch unter Wärmeanwendung – formgebend verpresst wird. Je nach Form entstehen dabei nach der Verpressung verschiedene Bereiche.
In der Figur ist in einem Bereich A eine Sandwichstruktur dargestellt, bei der eine Wabenstruktur beidseitig mit einer Vliesstruktur mit Polyurethan (z. B. Glasvlies) beschichtet ist, jedoch nur gering verdichtet wurde. Dieser Bereich stellt den späteren Abfallbereich dar. Im Abschnitt C ist eine Wabenstruktur beidseitig mit einer Vliesstruktur mit Polyurethan (z. B. Glasvlies) beschichtet, wobei hier die Wabenstruktur mit den Oberflächen verpresst ist und eine Dicke von 5–30 mm aufweist. Dieser Teil stellt das spätere Produkt dar. Im Bereich B zwischen den Bereichen A und C wurde das Sandwich-Zwischenprodukt sehr stark kompaktiert, so dass zumindest im Wesentlichen keine größeren Hohlräume in diesem Bereich mehr vorliegen. Die Wabenstruktur ist in diesem Bereich aufgehoben und das Material vollständig oder nahezu vollständig von dem Polyurethanmaterial durchtränkt. Dieser kompaktierte Bereich kann das Produkt vollständig oder teilweise umlaufen oder in Inneren Bereichen des Produktes angeordnet sein, insbesondere, in dem später ein Beschnitt gewünscht ist.
In diesem kompakten Materialbereich B ist nun ein Laserbeschnitt möglich. Dazu wird entsprechend ausgerichtet eine Laserbeschnittvorrichtung 20 mit einem Laser verwendet, der ein Gehäuse 22 aufweist, in dem eine Linse 28 angeordnet ist, die einen zunächst parallelen Laserstrahl 24 auf einen Schnittpunkt 23 bündelt. In diesem Schnittpunkt 23 entsteht damit eine Hitze, die eine lokale Verbrennung des kompakten Materials in diesem Bereich ermöglicht, wodurch das Material an diesem Punkt vollständig durchtrennt wird. Wird die Laserbeschnittvorrichtung 20 langsam entlang einer Beschnittlinie geführt, so kann der Abfallbereich A vom späteren Produkt C getrennt werden. Vorraussetzung dafür ist natürlich, dass der Laser leistungsstark genug ist.
Zur Unterstützung des Laserbeschnitts wird ein Schneidgas (hier Druckluft) dem Schnittbereich zugeführt, wobei die Begrenzung des Strahls in der Fig. durch die Bezugsziffer 26 gekennzeichnet ist. Durch den über eine Düse des Gehäuses 26 fokussierten Luftstrahl können Verbrennungspartikel aus dem Schnittbereich entfernt werden, so dass ein sauberer und gerader Schnitt möglich ist.
Vorzugsweise wird die Laserbeschnitt 26 so geführt, dass der Fokus 23 des Lasers etwas vom äußeren Rand des Bereichs C beabstandet ist, vorliegend beispielsweise 1,5 mm. Eine solche Beabstandung ist vorteilhaft, um zu verhindern, dass entstehende Verbrennungsgase nicht doch in die Wabenstruktur des Produktes eindringen. Damit wird eine ausreichende Qualität der Schneidkante prozesssicher ermöglicht. Auch die Rückseite des Laserbeschnitts weist bei einem so durchgeführten Verfahren an den Schnittkanten eine hohe Oberflächenqualität auf, so dass bisher notwendige Nachbearbeitungen entfallen.
Wird die Laserbeschnittvorrichtung beispielsweise an einer Robotvorrichtung (z. B. einem programmierbaren Robotarm) geführt, so ist mit der vorliegenden Erfindung eine sehr variable Einsatzmöglichkeit gegeben, um alle Arten von Schnitten auf saubere Art und Weise durchzuführen.
Bezugszeichenliste

10': Wabenstruktur (gering verdichtet)
10'': Wabenstruktur mit verpresster Oberfläche
12: Untere Beschichtungsstruktur
14: Obere Beschichtungsstruktur
16: Kompakt verpresster Bereich mit im Wesentlichen kompaktierten Hohlräumen
20: Laserbeschnittvorrichtung
22: Gehäuse des Lasers
23: Laserfokus
24: Laserstrahlen
26: Randbereich einer Gaszuführung
28: Linse
A: Bereich mit gering verdichteter Wabenstruktur
B: Bereich mit kompakter Verpressung und Beschnittbereich
C: Bereich mit verpresster Wabenstruktur

Claims

Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wabenstrukturen, bei dem – eine Wabenstruktur (10', 10'') beidseitig beschichtet wird und – das so hergestellte Sandwich-Zwischenprodukt in einer Werkzeugpresse zumindest geringfügig unter Beibehaltung der Wabenstruktur (10') verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass – zumindest in einem Beschnitt-Bereich (B) Teile des Sandwich-Zwischenproduktes in einem ersten Schritt derart kompakt verpresst werden, dass die Hohlräume in der Wabenstruktur zumindest im Wesentlichen kompaktiert werden, und – dass in diesen kompakt verpressten Bereichen anschließend in einem zweiten Schritt ein Laserbeschnitt mit einer Laserbeschnittvorrichtung (20) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial das Sandwich-Zwischenprodukt im kompaktierten Bereich im Wesentlichen vollständig durchdringt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Beschichtung ein chemisch vernetzendes Material, insbesondere ein Polyurethan-Material, aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem chemisch vernetzenden Material eine Vliesschicht aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies (12, 14) mit einem Polyurethan-Material getränkt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Arbeitsschritt zunächst das Vlies und in einem weiteren Arbeitsschritt das Tränkungsmaterial aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzig oder zusätzlich eine Dekorschicht auf die Wabenstruktur aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Lasereintrag mit der Laserbeschnittvorrichtung (20) ein Schneidgas auf den Schnittpunkt aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Zwischenprodukt im Bereich der kompakten Verpressung (B) eine Dicke von 1 bis 10 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwich-Zwischenprodukt im Bereich der kompakten Verpressung (B) eine Breite von mindestens 3 mm, vorzugsweise mindestens 5 mm aufweist.