DE102013008026A1 - Process for producing moldable honeycomb cores - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von formbaren Wabenkernen, gekennzeichnet durch folgende Schritte 1.1 Formen eines flach vorliegenden, bogen- bzw. bahnförmigen Verarbeitungsgutes zu einem mäanderförmigen Gebilde mit im Wesentlichen horizontal und vertikal verlaufenden Flächen, 1.2 Einbringen eines Faltmusters in die vertikal verlaufenden Flächen des mäanderförmigen Gebildes, wobei die horizontalen Flächen um einen Teil der zuvor vertikalen Flächen vergrößert und die restlichen vorherigen vertikalen Flächen in einem Zickzack-Muster umgeformt werden, 1.3 Scharfkantiges Ausbilden der Falzlinien zum Falzbogen bzw. zur Falzbahn, 1.4 Verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zur Weiterverarbeiten zur 3-d-Expansionswabe.The invention relates to a method for the production of malleable honeycomb cores, characterized by the following steps 1.1 shaping a flat, curved or web-shaped processing material into a meandering structure with essentially horizontally and vertically extending surfaces, 1.2 introducing a folding pattern into the vertically extending surfaces of the Meander-shaped structure, whereby the horizontal surfaces are enlarged by a part of the previous vertical surfaces and the remaining previous vertical surfaces are reshaped in a zigzag pattern, 1.3 Sharp-edged formation of the folding lines to form the folding sheet or the folding path, 1.4 Various design options for further processing into 3-D Expansion honeycomb.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von formbaren Wabenkernen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for the production of moldable honeycomb cores according to the preamble of
Plattenförmige Sandwichverbunde bestehen meist aus zwei Deckschichten, welche schubfest mit einer leichten Kernschicht verbunden sind. Ausgehend von diesem Aufbau resultieren vorteilhafte mechanischen Eigenschaften des Verbundes bei vergleichbar geringem Gewicht.Plate-shaped sandwich composites usually consist of two cover layers, which are shear-resistant connected with a light core layer. Based on this structure, advantageous mechanical properties of the composite result with comparably low weight.
Kerne für Sandwichverbunde, besonders Kerne mit einer Hohlraumstruktur (z. B. Wabenstruktur) weisen in der Regel eine deutlich geringere Dichte auf als die Decklagen.Cores for sandwich composites, in particular cores with a cavity structure (eg honeycomb structure) generally have a significantly lower density than the cover layers.
Eine Variante eines Kerns mit Hohlraumstruktur sind Hexagonalwabenkerne. Erstmals wurde eine solche Struktur in der Patentschrift
Herkömmliche Hexagonalwabenkerne bestehen aus einer wabenartigen, hexagonalen Struktur, welche durch das Verkleben von Papierstreifen k definierter Dicke s und anschließendem Auseinanderziehen, dem Expandieren, gebildet wird. Dabei ist die Produktionsrichtung X gleich der Richtung, in die expandiert wird. Eine dreidimensionale Ansicht eines Ausschnitts wird in
Die Bereiche der Verklebung werden als Doppelstege a1 und die nicht verklebten Bereiche als Einfachstege a2 bezeichnet. Mit den meisten Produktionsanlagen können verschiedenste Kernhöhen h hergestellt werden.The regions of the bond are referred to as double webs a1 and the non-bonded regions as simple webs a2. With most production plants a variety of core heights h can be produced.
Aufgrund ihrer Struktur sind herkömmliche expandierte Wabenkerne stark in ihrer Formbarkeit eingeschränkt. Bei der zweidimensionalen Umformung besteht i. d. R. das Problem der sog. Sattelbildung. Eine Herstellung beliebig zwei- und dreidimensional geformter Sandwichbauteile mit expandierbaren Wabenkern ist bisher nur durch die Zerstörung der Kernstruktur in den Bereichen starker Umformung möglich. Bei sehr dünnen Bauteilen wird teilweise bewusst das unkontrollierbare Einknicken oder Einreißen von Stegen der Wabenstruktur in Kauf genommen.Due to their structure, conventional expanded honeycomb cores are severely limited in their formability. In the case of two-dimensional forming i. d. R. the problem of so-called saddle formation. A production of any two- and three-dimensionally shaped sandwich components with expandable honeycomb core has previously been possible only by the destruction of the core structure in the areas of heavy forming. With very thin components, the uncontrollable buckling or tearing of webs of the honeycomb structure is sometimes deliberately accepted.
Es gibt bereits unterschiedliche dreidimensional formbare Wabenkerne. Ein solcher Wabenkern ist beispielsweise aus der
In der Druckschrift
Bauteile mit herkömmlichen Wabenkernen weisen durch das Einknicken oder Einreißen von Stegen bei zwei-, bzw. dreidimensionaler Verformung deutlich reduzierte Festigkeitswerte auf. Daher werden solche Wabenkerne für zwei- bzw. dreidimensional geformte Bauteile selten verwendet. Eine Variante der Anwendung ist die Nutzung von Schäumen auf Erdölbasis (z. B. Polyurethanschäume) als Kernlage dreidimensionaler Sandwichelemente, die z. T. auch mit der Verwendung herkömmlicher Wabenkerne kombiniert wird. Die Herstellung eines solchen Sandwichverbundes ist jedoch vergleichsweise kostenintensiv und nachteilig für das spätere Recycling.Components with conventional honeycomb cores have significantly reduced strength values due to the buckling or tearing of webs in the case of two- or three-dimensional deformation. Therefore, such honeycomb cores are rarely used for two-dimensionally or three-dimensionally shaped components. A variant of the application is the use of petroleum-based foams (for example polyurethane foams) as the core layer of three-dimensional sandwich elements, which, for. T. is also combined with the use of conventional honeycomb cores. The production of a However, such sandwich composite is relatively expensive and disadvantageous for later recycling.
Sandwichverbunde der hier zur Diskussion stehenden Art können eindimensional als Platte sowie als zweidimensional oder dreidimensional geformtes Bauteil ausgeführt werden. Speziell zwei- und dreidimensional geformte Bauteile werden zunehmend in Branchen wie beispielsweise Flugzeugbau, Automobilbau, Caravanbau, Schiffs- und Bootsbau, aber auch im Möbel- und Messebau sowie im immobilen Innenausbau eingesetzt. Die Decklagen bestehen dabei zumeist aus entsprechend verformbaren Materialien wie Kunststoff, Metall, Holz und Holzwerkstoff oder (Natur-)Fasern.Sandwich composites of the type discussed here can be implemented as a one-dimensional plate as well as a two-dimensional or three-dimensionally shaped component. Specifically two- and three-dimensionally shaped components are increasingly used in industries such as aircraft, automotive, caravan construction, shipbuilding and boatbuilding, but also in furniture and exhibition construction and in immobile interior design. The cover layers usually consist of correspondingly deformable materials such as plastic, metal, wood and wood-based material or (natural) fibers.
Bereits in ihrer Form bestehende dreidimensional formbare Wabenkerne sind derzeit bereits erhältlich, jedoch sind diese sehr preisintensiv, so dass sie nur in wenigen Anwendungen eingesetzt werden. Zudem folgen aufgrund der bereits bestehenden expandierten Form vergleichbar hohe Lager- und Transportkosten. Preisgünstige dreidimensional geformte Sandwichbauteile mit expandierbarem Wabenkern können bisher wegen des Fehlens einer industriell herstellbaren verformbaren Kernlage nicht produziert werden.Already existing in shape three-dimensional honeycomb cores are already available, but these are very expensive, so that they are used only in a few applications. In addition, due to the already existing expanded form, comparably high storage and transport costs follow. Low-cost three-dimensionally shaped sandwich components with expandable honeycomb core can not be produced because of the lack of an industrially producible deformable core layer.
Das in der Patentschrift (
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein industriell anwendbares Verfahren zur Herstellung der 3-d-Expansionswabe mit verbesserter Technologie anzugeben.The object of the present invention is to provide an industrially applicable method for producing the 3-d expansion honeycomb with improved technology.
Bei dem Verfahren wird blatt- bzw. bahnförmiges Flachformgut, bestehend zumeist aus Papier, alternativ auch aus anderen Ausgangsmaterialien wie beispielsweise Aramidfaserpapier mit anschließender Harz-Tränkung oder Aluminium, verarbeitet. Zusätzlich werden noch Verbindungselemente bzw. -mittel zum Fügen der einzelnen Steglagen/gefalzten Papierstreifen, wie z. B. Klebstoff verwendet.In the method sheet or sheet-shaped flat product, consisting mostly of paper, alternatively, from other starting materials such as aramid fiber paper with subsequent resin impregnation or aluminum processed. In addition, even connecting elements or means for joining the individual web layers / folded paper strips, such. B. adhesive used.
Die zur Herstellung der 3-d-Expansionswabe erforderliche komplexe Umformung wird in mehreren aufeinander folgenden Teilschritten gelöst. Die ggf. vorhandene Faserorientierung des Verarbeitungsguts sowie die bei der Verarbeitung eingebrachten Umlenkungen und Falzlinien liegen bei dem Verfahren parallel zur Maschinenlaufrichtung (MLR).The complex transformation required for the production of the 3-d expansion honeycomb is achieved in several successive substeps. The possibly present fiber orientation of the material to be processed as well as the deflections and fold lines introduced during processing lie parallel to the machine direction of rotation (MLR).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der 3-d-Expansionswabe erfolgt durch folgende Schritte:
- 1.1 Umformen eines flachen, bogen- bzw. bahnförmigen Verarbeitungsgutes, dem Rohbogen bzw. der Rohbahn, zu einem mäanderförmigen Gebilde mit im Wesentlichen horizontalen und vertikalen Flächen,
- 1.2 Einbringen eines Faltmusters in die vertikalen Flächen des mäanderförmigen Gebildes durch Längsfalzen, wobei die horizontalen Flächen um einen Teil der zuvor vertikalen Flächen vergrößert werden und die restlichen vorherigen vertikalen Flächen im Zickzack-Muster umgeformt werden,
- 1.3 Komprimieren des eingebrachten Musters zum Falzbogen, bzw. zur Falzbahn,
- 1.4 Weiterverarbeiten des Falzbogens, bzw. der Falzbahn zur 3-d-Expansionswabe
- 1.1 forming a flat, sheet-like or sheet-like material to be processed, the raw sheet or the raw sheet, to a meander-shaped structure with substantially horizontal and vertical surfaces,
- 1.2 inserting a folding pattern into the vertical surfaces of the meandering structure by longitudinal folding, wherein the horizontal surfaces are increased by a part of the previously vertical surfaces and the remaining previous vertical surfaces are formed in a zigzag pattern,
- 1.3 compressing the introduced pattern to the folded sheet, or to the folding path,
- 1.4 Further processing of the signature, or the folding path to the 3-D expansion honeycomb
Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird der Falzbogen bzw. die Falzbahn abwechselnd von oben und unten im Abstand der späteren Kernhöhe h bis auf Verbleib nur einer Papierdicke quer zur Maschinenlaufrichtung eingeschnitten und die so gebildeten zusammenhängenden Blöcke durch Umlegen um das verbleibende Verarbeitungsgut aufgestellt und zur 3-d-Expansionswabe verpresst. Dabei kann das Beaufschlagen mit Klebstoff vor bzw. nach dem Einschneiden erfolgen.In an advantageous variant of the method, the folded sheet or the fold path is alternately cut from above and below at a distance of the later core height h to the whereabouts of only one paper thickness transverse to the machine direction and the coherent blocks thus formed by folding around the remaining processing material and the 3rd -d expansion honeycomb pressed. The application of adhesive can take place before or after the cutting.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens werden von dem Falzbogen bzw. der Falzbahn quer zur Maschinenlaufrichtung Steglagen/gefalzte Papierstreifen abgetrennt und durch entsprechendes Drehen um die Längsachse lagerichtig zur Bildung doppelter Stege der 3-d-Expansionswabe aneinandergereiht und verpresst. Das Beaufschlagen mit Klebstoff kann vor, bzw. nach dem Abtrennen erfolgen. Der Abstand zwischen den beiden Schnitten ergibt die Kernhöhe h.In a further advantageous variant of the method, webs / folded paper strips are separated from the folding sheet or the folding web transversely to the machine direction and lined up by pressing them about the longitudinal axis in the correct position to form double webs of the 3-d expansion honeycomb and compressed. The application of adhesive can take place before or after the separation. The distance between the two cuts gives the core height h.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens werden mehrere Falzbögen bzw. Falzbahnen mit lagerichtiger Zuordnung zur Bildung von doppelten Stegen miteinander verklebt. Die Verarbeitung erfolgt weiter indem quer zur Maschinenlaufrichtung zugleich mehrere, bereits verklebte Steglagen/gefalzte Papierstreifen abgetrennt werden und diese lagerichtig zur Bildung doppelter Stege der 3-d-Expansionswabe aneinandergereiht und zur 3-d-Expansionswabe verpresst werden. Das zweite Beaufschlagen mit Klebstoff kann vor, bzw. nach dem Abtrennen der bereits verklebten Falzbögen bzw. Falzbahnen erfolgen. Der Abstand zwischen den beiden Schnitten ergibt die Kernhöhe h. In a further advantageous variant of the method, a plurality of folded sheets or folding webs are adhesively bonded to one another in the correct position to form double webs. The processing takes place further in that at the same time several, already bonded web layers / folded paper strips are separated transversely to the machine direction and these aligned in the same direction to form double webs of the 3-d expansion honeycomb and pressed to the 3-d expansion honeycomb. The second application of adhesive may take place before or after the separation of the already glued folded sheets or folding paths. The distance between the two cuts gives the core height h.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird eine Vielzahl von Falzbögen bzw. Falzbahnen in lagerichtiger Zuordnung zur Bildung von doppelten Stegen miteinander verklebt. Von dem so entstandenen Block wird die 3-d-Expansionswabe in beliebiger Kernhöhe h abgetrennt.In a further advantageous variant of the method, a plurality of signatures or folds are glued together in the correct position assignment to form double webs. From the resulting block, the 3-d expansion honeycomb in any core height h is separated.
Vorteilhaft wird das mäanderförmigen Gebilde mit im Wesentlichen horizontal und vertikal verlaufenden Flächen in einer ausgeprägten Zinnenfriesform oder mit größeren Radien an den Übergängen, bis hin zu einer völligen Wölbung der horizontalen Abschnitte ausgebildet.Advantageously, the meander-shaped structure is formed with substantially horizontal and vertical surfaces in a pronounced Zinnenfriesform or with larger radii at the transitions, to a complete curvature of the horizontal sections.
Weiter vorteilhaft wird das Einbringen eines Faltmusters in die vertikalen Flächen des mäanderförmigen Gebildes in Zick-Zack-Form durch Einwirken von entsprechenden Bahnleitelementen, ausgeführt als Formschienenanordnung, beim Vorschub des Bogens bzw. der Bahn erreicht.Further advantageous is the introduction of a folding pattern in the vertical surfaces of the meander-shaped structure in zig-zag shape by the action of corresponding web guiding elements, designed as a mold rail arrangement, achieved during the advance of the sheet or the web.
Vorteilhaft sind die Formschienen derart ausgeführt, dass durch mehrfaches, paralleles Längsfalzen alle benötigten Umlenkungen des Falzbogens bzw. der Falzbahn in das Verarbeitungsgut eingebracht werden. Die Formschienen können entsprechend geformte Einzelteile oder auch Baugruppen mit entsprechend geformten Einzelelementen sein. Eine Formschiene zeichnet sich dadurch aus, dass sie die benötigten Umlenkungen in das Verarbeitungsgut während des Förderns durch die Formschienenanordnung einbringt. Dafür müssen sich vertikale Erhebungen der Formschiene von der Mäanderform entlang der Schiene zum Falzbogen bzw. zur Falzbahn vergrößern und die Höhe der Schiene verkleinern, so dass die Umformung ohne ungewollte mechanische Beeinträchtigung des Verarbeitungsgutes erfolgen kann. Vertikale Vertiefungen der Formschiene, welche entlang der Formschiene zunehmen, stellen den für die Umformung benötigten Raum bereit.Advantageously, the mold rails are designed in such a way that all required deflections of the folded sheet or the fold web are introduced into the processed good by multiple, parallel longitudinal folding. The mold rails can be correspondingly shaped individual parts or assemblies with correspondingly shaped individual elements. A form of rail is characterized in that it introduces the required deflections in the processed material during conveyance through the mold rail assembly. For this vertical elevations of the mold rail from the meander shape along the rail to the folded sheet or Falzbahn must enlarge and reduce the height of the rail, so that the transformation can take place without unwanted mechanical impairment of the processed material. Vertical indentations of the mold rail, which increase along the mold rail, provide the space needed for the forming.
Weiter vorteilhaft können zum Fördern des Verarbeitungsgutes und zur Umformung der Umlenkungen zu scharf ausgebildeten Falzlinien Zugwalzenpaare Anwendung finden.Further advantageously, for the conveyance of the material to be processed and for the deformation of the deflections to form sharp folding lines Zugwalzenpaare find application.
Weiter vorteilhaft können zur Reduzierung der benötigten Förderkräfte einzelne Formschienen relativ zu den restlichen bewegt werden. Ebenso kann durch Zuführen von Druckluft ein Umströmen der Formschienen mit Luft und somit eine Reduzierung der Förderkräfte erreicht werden. Es können aber auch andere Gleitmittel Anwendung finden.Further advantageously, individual mold rails can be moved relative to the rest to reduce the required conveying forces. Likewise, by supplying compressed air, a flow around the mold rails with air and thus a reduction of the conveying forces can be achieved. But it can also find other lubricants application.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen schematischen Darstellungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. In the accompanying schematic representations show:
Die jeweiligen Förderrichtungen des Verfahrens sind mit Pfeilen gekennzeichnet.The respective conveying directions of the method are marked with arrows.
Ein grundlegender Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der
Im ersten Schritt wird ein flach vorliegendes, bogen- bzw. bahnförmiges Verarbeitungsgut in, bzw. durch eine Matrize gefördert. Die so entstehende Form besteht aus wechselnd vertikal und horizontal zusammenhängenden Flächen. Quer zur Maschinenlaufrichtung Y entsteht so eine Mäanderform, im Beispiel
Durch diesen ersten Teilschritt wird die für die weitere Verarbeitung benötigte Bahn- bzw. Bogenbreitenreduktion und somit eine gezielte Konzentration des Verarbeitungsguts erreicht. Im Verfahrensablauf
Im darauffolgenden Schritt, zwischen Schnitt
Nach der Umformung wird das so entstandene Faltmuster mit Hilfe geeigneter Hilfsmittel, wie beispielsweise einem Walzenpaar, komprimiert, wodurch an den Umlenkungen die Falzlinien endgültig ausgebildet werden,
Für die weitere Verarbeitung des Falzbogens bzw. der Falzbahn zur 3-d-Expansionswabe bestehen mehrere Ausführungsmöglichkeiten. Eine ist in
Eine weitere Möglichkeit, aus dem Falzbogen bzw. der Falzbahn die 3d-Expansionswabe herzustellen, besteht darin Streifen vom Faltmuster abzutrennen, diese vor bzw. nach dem Trennen mit Klebstoff zu beaufschlagen und die einzelnen Faltmuster-Streifen so zu handhaben, dass sie entsprechend verklebt und verpresst die 3-d-Expansionswabe bilden,
Ebenfalls besteht die Möglichkeit, eine Vielzahl von Falzbögen, bzw. Falzbahnen miteinander zu verkleben, zu Verpressen und abschließend die 3-d-Expansionswaben von dem so entstandenen Block in gewünschter Kernhöhe abzutrennen,
Der unexpandierte Wabenkern ist abschließend noch zur 3-d-Expansionswabe in zwei Richtungen zu expandieren. Um Lager-, als auch Transportkosten zu senken, kann die Expansion zeitlich und räumlich versetzt, ähnlich der Expansion von herkömmlichen Hexagonalwabenkernen, erst beim Anwender durchgeführt werden.Finally, the unexpanded honeycomb core can be expanded in two directions to the 3-d expansion honeycomb. In order to reduce storage and transport costs, the expansion can be temporally and spatially offset, similar to the expansion of conventional hexagonal honeycomb cores, carried out only at the user.
Eine weitere Möglichkeit, die 3-d-Expansionswabe kostengünstig zu transportieren und zu lagern, besteht darin, die 3-d-Expansionswabe bereits im Herstellungsprozess vollständig zu expandieren und in nur einer Dimension, der Maschinenlaufrichtung wieder zu stauchen. In dieser Form wird die 3D-Expansionswabe platzsparend und kostengünstig transportiert und gelagert. Der Vorteil dieser Ausführung ist, dass Expandierer für herkömmliche Wabenkerne auch zur Expansion der 3D-Expansionswabe Verwendung finden können und so der Anwender keine neue Maschinentechnik bereitstellen braucht.Another way to inexpensively transport and store the 3-d expansion honeycomb is to fully expand the 3-d expansion honeycomb during the manufacturing process and in only one dimension to repress the machine direction. In this form, the 3D expansion honeycomb is transported and stored in a space-saving and cost-effective manner. The advantage of this design is that expanders for conventional honeycomb cores can also be used to expand the 3D expansion honeycomb and so the user does not need to provide new machine technology.
Je nach Ausführung kann das vorgestellte Verfahren zur Herstellung der 3d-Expansionswabe kontinuierlich oder diskontinuierlich arbeiten. Je nach Arbeitsweise können Bögen bzw. Bahnen verarbeitet werden.Depending on the design, the presented method for producing the 3d expansion honeycomb can work continuously or discontinuously. Depending on the method of operation, sheets or webs can be processed.
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