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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung zumindest einer Platte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7, sowie eine Platte in Sandwichbauweise.
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Sandwichplatten, insbesondere als Leichtbauplatten aus beleimten lignozellulosehaltigen Partikel aus Holz, Stroh oder Gräsern, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Durch die vielseitige Verwendung von z. B. aufgeschäumten Zwischenlagen können neben einer Reduzierung des Gesamtgewichts auch verschiedene Eigenschafen wie Absorption elektromagnetischer Wellen, mechanische Festigkeit, etc. direkt beeinflusst werden.
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Es wird zwischen kontinuierlichen und mehrstufigen Verfahren unterschieden. Aus der
DE 4226988 A1 bzw. der
DE 23 57 817 A1 sind mehrstufige Fertigungsverfahren von Sandwichplatten bekannt, die beispielsweise in unterschiedlichen Schritten zwei oder mehr Plattenteile vorbereiten und diese durch eine separat angefertigte und mit einer zwischen die Plattenteile positionierte Zwischenschicht verbinden.
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Bei mehrstufigen Fertigungsverfahren lassen sich sehr geringe Toleranzen einhalten, jedoch sind diese Verfahren in der Regel mit hohen Herstellungskosten verbunden.
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WO 2008/071618 A2 offenbart ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Sandwichplatten, welches die Holzwerkstoffpartikel und die aufschäumbaren Materialien der Zwischenschicht bereits im Vorfeld als eine mehrlagige mit Bindemitteln versetzte Materialmatte bereitstellen und im weiteren Fertigungsverlauf verpressen und die aufschäumbare Zwischenschicht nachträglich thermisch aktivieren.
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Bekannte Verfahren, die durch thermische Aktivierungsenergie aufschäumende Zwischenschichten in Sandwichplatten bilden, haben den Nachteil, dass sowohl die präzise Dosierung der Komponenten als auch die endgültige räumliche Ausdehnung der eingebrachten Zwischenschichten schwer zu kontrollieren und daher unregelmäßig verteilt und ausgebildet ist. Bedingt durch die Unregelmäßigkeiten der Mächtigkeit der Zwischenschicht und die vordefinierten Endmaße der Sandwichplatte entstehen ebenfalls Schwankungen der Mächtigkeit entlang der Decklagen. Diese beeinflussen vor allem die mechanischen Eigenschaften einer Sandwichplatte. Darüber hinaus ist in Fachkreisen bekannt, dass Aufschäumprozesse bestimmte Temperaturen nicht übersteigen dürfen, sonst wird die sogenannte Blasen- oder „Lunker”-bildung begünstigt. Bei kontinuierlichen Prozessen, wie beispielsweise in der
WO 2008/071618 A2 offenbart, werden diese Temperaturen bereits beim Verdichten unter Einwirkung von Temperatur erreicht und äußern sich negativ auf die Qualität des Endprodukts aus.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung zumindest einer Platte, insbesondere einer Sandwichplatte, die die vorgenannten Nachteile beseitigt und eine gleichbleibende reproduzierbare Plattenqualität ermöglicht. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung eine qualitativ hochwertige Sandwichplatte mit konstanten Eigenschaften, sowie eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung derselben zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Bei einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung zumindest einer Platte, insbesondere einer Sandwichplatte, wird zwischen den zwei Deckplatten zumindest ein Kern angeordnet. Erfindungsgemäß wird der Kern kontinuierlich zwischen die Deckplatten eingebracht.
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Durch die kontinuierlich vorgefertigten und vortemperierten Deckplatten kombiniert das Verfahren die Genauigkeit von mehrstufigen Fertigungsverfahren mit der Geschwindigkeit von kontinuierlichen Fertigungsverfahren. Die Deckplatten weisen definierte Maße auf, sodass die mechanische Stabilität dieser entlang der Deckplatten konstant bleibt.
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Zwischen die, in einem Vorverfahren hergestellten und kontinuierlich zugeführten, Deckplatten wird vorzugsweise durch Sprühen oder Gießen eine expandierende Zwischenschicht eingebracht. Die eingebrachte Zwischenschicht ist vorzugsweise ein aufschäumbares und aushärtbares Polyurethan-System mit zumindest einem Treibmittel. Durch das Treibmittel schäumt das Polyurethan-System auf und dehnt sich räumlich aus und füllt somit den Raum zwischen den Deckplatten aus.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Zwischenschicht durch Gießverfahren appliziert. Dabei sind neben der Breite nach durchgängigen Schichten auch Gitterstrukturen möglich.
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Bei der Applikation der Zwischenschicht laufen die Deckplatten konvergierend zusammen. Dadurch werden die Deckplatten aktiv gegen die expandierende Zwischenschicht gepresst, die Zwischenschicht verteilt sich gleichmäßig zwischen den Deckplatten und dringt in die Struktur der Innenflächen der Deckplatten ein, sodass die Haftung der Zwischenschicht an den Innenflächen der Deckplatten verbessert wird.
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Nach dem Applizieren der Zwischenschicht zwischen die Deckplatten können die Deckplatten wieder auseinandergeführt werden. Bedingt durch die expandierende Zwischenschicht entsteht zwischen den Deckplatten ein Druck, der die Deckplatten auseinanderpresst. Eine Beabstandung, beispielsweise in Form von Druckrollen, der Deckplatten wird auf einen definierten Abstand eingestellt, sodass die räumlich expandierende Zwischenschicht die Deckplatten gegen die Beabstandung drückt. Die Beabstandung bewirkt eine Gegenkraft in Richtung der Zwischenschicht. Hierdurch wird neben der Optimierung der Hafteigenschaften der Zwischenschicht mit den Deckplatten auch eine konstante und reproduzierbare Sandwichplattendicke gewährleistet. In der Beabstandung härtet die Zwischenschicht zu einem festen Kern aus.
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Eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung zumindest einer Platte in Sandwichbauweise weist eine erfindungsgemäße Zuführeinrichtung zum Zuführen von zumindest zwei Deckplatten, eine Applikationseinrichtung zum Einbringen einer Zwischenschicht zwischen die Deckplatten und zumindest eine Nachverdichtungseinrichtung zum Verdichten der Deckplatten mit der eingebrachten Zwischenschicht auf eine definierte Plattendicke.
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Die zugeführten Deckplatten werden in einem Vorverfahren vorgefertigt und weisen konstante Maße auf. Diese Deckplatten werden an die Zuführeinrichtung übergeben, die die Deckplatten auf eine optimale Temperatur zum Einbringen einer Zwischenschicht temperiert. Hierdurch kann die chemische Reaktion der Zwischenschicht kontrolliert ablaufen, sodass sogenannte „Lunker” reduziert werden. Bedingt durch die festen Maße der Deckplatten kann die Zwischenschicht in gleichmäßiger Dicke eingebracht werden. Hierdurch entsteht eine durchgehend gleichmäßig aufgebaute Platte, mit entsprechend durchgehend gleichmäßigen Eigenschaften.
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Die erfindungsgemäße Zuführeinrichtung kann verstellbare Führungskörper aufweisen, sodass der Abstand der Führungskörper zu einander variiert werden kann. Dadurch wird ein Zusammenlaufen der Deckplatten in der Zuführeinrichtung ermöglicht bevor die Deckplatten zur Applikationseinrichtung geführt werden. Der geringe Abstand verbessert die Haftung der applizierten Zwischenschicht an den Innenflächen der Deckplatten, sodass die Festigkeit der ausgehärteten Sandwichplatte erhöht wird.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen einige Führungselemente der Zuführeinrichtung Kühlelemente zum Kühlen oder Heizelemente zum Erwärmen der Deckplatten. Durch verschiedene Herstellungsverfahren der Deckplatten können die Temperaturen dieser stark variieren. Für die optimale Applikation der Zwischenschicht muss eine optimale Temperatur eingestellt sein, die durch die Kühl- oder Heizelemente gewährleistet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Applikation der Zwischenschicht vorzugsweise über eine Sprüh- oder eine Gießeinrichtung. Dadurch lässt sich die Applikation variabel gestalten, sodass eine Zwischenschicht nicht nur beispielsweise flächendeckend sondern auch linien- oder gitterförmig ausgeführt werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Nachverdichtungseinrichtung Druckkörper auf. Der Abstand der Druckkörper zueinander in Plattenquerrichtung ist einstellbar. Dieser Abstand definiert die endgültige Dicke der Sandwichplatte nach dem Aushärten und erlaubt diesen Parameter zu steuern.
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Die Nachverdichtungseinrichtung kann Kühlelemente zum Kühlen zumindest einiger Druckkörper aufweisen. Bedingt durch die exotherme Reaktion der applizierten Zwischenschicht entsteht viel Reaktionswärme. Durch den Einsatz von Kühlelementen wird die Reaktionswärme abgeführt.
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Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Sandwichplatte weist zumindest zwei äußere Deckplatten auf, die mit einem zwischen ihnen angeordneten ausgehärteten Kern fest verbunden sind. Die Deckplatten sind durch kontrollierte Reaktionsbedingungen durchgehend optimal mit dem Kern verbunden und weisen keine „Lunker” auf. Darüber hinaus zeichnet sich die Sandwichplatte durch konstante und reproduzierbare Abmessungen als auch durch durchgängig hohe Qualität aus.
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Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sandwichplatte,
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2 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Trennvorrichtung und einer Applikationsreinrichtung zur Herstellung einer Sandwichplatte nach 1, und
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3 eine alternative Applikationsreinrichtung.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in den Figuren nicht sämtliche gleichwirkende konstruktive Elemente mit einem Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine erfindungsgemäß hergestellte Sandwichplatte 1 im Schnitt gezeigt. Die Sandwichplatte 1 hat eine gemäß der Darstellung in 1 obere Deckplatte 2 und eine untere Deckplatte 4. Die Deckplatten 2, 4 sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die Deckplatten 2, 4 sind über einen zwischen ihn liegenden Kern 8 voneinander beabstandet, der jeweils fest mit einer Innenseite 8, 10 der Deckplatten 2, 4 verbunden ist.
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Die Deckplatten 2, 4 weisen vorzugsweise aus mit einem Bindemittel versetzter Lignozellulose auf und gewährleisten unter anderem mechanische Stabilität der Sandwichplatte 1.
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Der Kern 6 weist ein Schaummaterial, beispielsweise ein aufschäum- und aushärtbares Polyurethan-System, auf welches eine feste Verbindung mit den Innenflächen 8, 10 eingeht und somit die Deckplatten 2, 4 auf einen konstanten Abstand zueinander fixiert.
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Gemäß 2 hat ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer derartigen Sandwichplatte eine Zuführeinrichtung 11 zum Zuführen einer Materialmatte 5, eine Presseinrichtung 12 zum Verdichten der Materialmatte 5 unter Druck- und Temperaturbeaufschlagung, eine Trenneinrichtung 3, 13 zum Auftrennen der Materialmatte 5 ihrer Breite nach in zwei Materialmattenteile 9 und eine Nachverdichtungseinrichtung 14 zum Nachverdichten der Materialmattenteile 9 zu der oberen Deckplatte 2 und der unteren Deckplatte 4.
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Die Zuführeinrichtung 11 weist ein Förderband 17 auf, der die bereit gestellte Materialmatte 5 der Presseinrichtung 12 zuführt.
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Die Presseinrichtung 12 ist hier als eine Doppelbandpresse mit einem gemäß der Darstellung in 2 oberen Pressband 18 und einem unteren Pressband 19 versehen. Beheizbare Druckkörper 20 führen die Pressbänder 18, 19 bis auf einen definierten Spalt zusammen. Die fortwährend enger verlaufenden Pressbänder 18, 19 ziehen die zugeführte Materialmatte 5 in den Spalt, wodurch Druck auf die Materialmatte 5 ausgeübt wird.
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Die Druckkörper 20 sind beheizt und erhitzen im Verlauf des Pressvorgangs die Materialmatte 5, sodass die Materialmatte 5 unter Einwirkung von Druck und Temperatur verdichtet wird.
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Eine Trenneinrichtung 13 ist hier ein Trennschwert 3 und hat zwei Trennflächen 15, die eine vorderseitige Schneidkante 7 definieren und von der Schneidkante aus betrachtet nach hinten auseinanderlaufen. Die Trenneinrichtung befindet sich am Pressenauslauf und bringt in die, durch die Presseinrichtung 12 verdichtete, Materialmatte 5 eine definierte Trennstelle 7 ein. Dadurch wird die Materialmatte 5 ihrer Breite nach in zumindest zwei Materialmattenteile 9 aufgetrennt und durch die auseinanderlaufenden Trennflächen auseinandergeführt. Die Trennflächen 15 der Trenneinrichtung 13 sind beheizbar ausgeführt und sind mit Längsrillen versehen, sodass der beim Beheizen erzeugte Dampf schneller entweichen kann. Die noch nicht vollständig ausgehärteten Innenflächen der Materialmattenteile 9 werden kombiniert mit der Nachverdichtungseinrichtung 14 unter Einwirkung von Temperatur und Druck zu zumindest der oberen und der unteren Deckplatte 2, 4 verdichtet werden.
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Die Nachverdichtungseinrichtung 14 ist der Trenneinrichtung 13 in Produktionsrichtung nachgerichtet. Sie weist Druckelemente 16 auf, die gegenüber der Trennflächen 15 angeordnet sind und die Trennflächen 15 als Widerlager beim Nachverdichten nutzen.
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Zur Herstellung beispielsweise der Sandwichplatte aus 1 ist der Nachverdichtungseinrichtung 14 eine Vorrichtung zum Einbringen des Kerns 6 und zum Verpressen der Deckplatten 2, 4 mit dem Kern 6 zur Sandwichplatte 1 nachgeschaltet.
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Die Vorrichtung hat eine Zuführeinrichtung 21, eine Applikationseinrichtung 22, eine Nachverdichtungseinrichtung 23 sowie eine nicht gezeigte Konfektionierungseinrichtung.
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Die Zuführeinrichtung 21 hat innere Führungskörper 24 und äußere Führungskörper 25, 26, die die beiden Deckplatten 2, 4 aktiv leiten. Dabei weist zumindest ein Führungskörper z. B. 24, 25 und 26 ein Kühl- oder Heizelement auf, um die Deckplatten 2, 4 auf eine optimale Temperatur für die Applikation des Kerns zu temperieren. Die Führungskörper 24, 25 und 26 sind so angeordnet, dass die Deckplatten 2, 4 beim Einbringen des Kerns 6 konvergierend zusammenlaufen.
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Die Applikationseinrichtung 22 bringt kontinuierlich vorzugsweise ein aufschäum- und aushärtbares Polyurethansystem 30 in Form einer Zwischenschicht 30 zwischen die Deckplatten 2, 4 ein, die nach dem Aufschäumen und Aushärten zum Kern 6 der Sandwichplatte 1 wird. Hierzu ist die Applikationseinrichtung 22 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 als Sprüheinrichtung 27 zum Aufsprühen des Kernmaterials auf die Innenflächen 8, 10 der Deckplatten 2, 4 ausgebildet
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Die Nachverdichtungseinrichtung 23 hat gemäß 2 obere Druckkörper 28 und untere Druckkörper 29. Die Druckkörper sind so angeordnet, dass sie die Deckplatten 2, 4 und der applizierten Zwischenschicht 30 in ihrer Expansion auf ein festes Maß begrenzen und dadurch Druck auf die Deckplatten 2, 4 und den Kern 6 ausüben. Einige der Druckkörper z. B. 28, 29 weisen Kühlelemente auf, die die exotherme Reaktionswärme des applizierten Kerns 6 abführen und die Reaktionsbedingungen optimieren.
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Die nicht gezeigte Konfektionierungseinrichtung längt die kontinuierlich hergestellte Sandwichplatte 1 auf definiertes Maß ab.
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Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer in 1 gezeigten Sandwichplatte, beispielsweise unter Verwendung der Vorrichtung nach 2, beschrieben.
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Eine aus, mit zumindest einem Bindemittel versetzten, vorzugsweise Lignozellulose aufweisende Materialmatte 5 wird in einer Zuführeinrichtung 11 kontinuierlich bereit gestellt und zu einer Presseinrichtung 12 geführt. In der Presseinrichtung 12 wird die Materialmatte 5 unter Einwirkung von Druck und Temperatur verdichtet und einer Trenneinrichtung zugeführt. Die Trenneinrichtung 13 bringt in die Materialmatte 5 eine definierte Trennstelle 7 ein und teilt die Materialmatte 5 ihrer Breite nach in zumindest zwei Materialmattenteile 9 auf. Nach dem Einbringen der definierten Trennstelle 7 werden die Materialmattenteile 9 auseinandergeführt und einer Nachverdichtung in einer Nachverdichtungseinrichtung 14 unterzogen. Im Zuge der Nachverdichtung erfolgen eine Temperaturbeaufschlagung an den nicht vollständig ausgehärteten Innenflächen sowie eine Druckbeaufschlagung der Materialmattenteile 9, wodurch die Materialmattenteile 9 zu Deckplatten 2, 4 verdichtet werden.
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Die Deckplatten 2, 4 werden in einer zweiten Zuführeinrichtung 21 durch innere Führungskörper 24 und durch äußere Führungskörper 25, 26 einer Applikationseinrichtung 22 zugeführt.
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Im Zuge der exothermen Reaktion des Polyurethan-Systems dehnt sich ein applizierter Schaum 30 aus. Die Deckplatten 2, 4 mit dem applizierten Schaum 30 werden zu einer weiteren Nachverdichtungseinrichtung 23 weitergeleitet, sodass der expandierende Schaum 30 die Deckplatten 2, 4 gegen äußere Druckkörper 28, 29 presst und somit einen Druck auf die Deckplatten 2, 4 und sich selbst ausübt.
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Das kontinuierliche Einbringen des Kerns 6 erfolgt vorzugsweise in Form eines sprühbaren Polyurethan-Systems mit mindestens einem Treibmittel.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sandwichplatte
- 2
- obere Deckplatte
- 3
- Trennschwert
- 4
- untere Deckplatte
- 5
- Materialmatte
- 6
- Kern der Sandwichplatte
- 7
- Trennstelle/vorderseitige Schneidkante
- 8
- Innenfläche der oberen Deckplatte
- 9
- Materialmattenteile
- 10
- Innenfläche der unteren Deckplatte
- 11
- Zuführeinrichtung
- 12
- Presseinrichtung
- 13
- Trenneinrichtung
- 14
- Nachverdichtungseinrichtung
- 15
- Trennflächen der Trenneinrichtung
- 16
- Druckelemente der Nachverdichtungseinrichtung
- 17
- Förderband
- 18
- oberes Pressband
- 19
- unteres Pressband
- 20
- beheizbare Druckkörper
- 21
- zweite Zuführeinrichtung
- 22
- Applikationseinrichtung
- 23
- zweite Nachverdichtungseinrichtung
- 24
- innere Führungskörper
- 25
- äußere Führungskörper
- 26
- äußere Führungskörper
- 27
- Sprüheinrichtung
- 28
- Druckkörper
- 29
- Druckkörper
- 30
- applizierte Zwischenschicht
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4226988 A1 [0003]
- DE 2357817 A1 [0003]
- WO 2008/071618 A2 [0005, 0006]
