DE102018006150A1 - Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels mit einem Wabenkern - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels (2) mit einem Wabenkern (4),
- a) wird eine Wabenkernanordnung (12) bereitgestellt, die den Wabenkern (4) enthält und die durch Öffnungen (14) in deren Oberfläche (16) evakuierbar ist,
- b) wird zumindest ein Teil der Öffnungen (14) mit einer Vliesschicht (22) bedeckt, die zumindest einen thermoplastischen Faseranteil enthält,
- c) wird der Wabenkern (4) mit Hilfe eines Vakuums zumindest durch einen Teil der Vliesschicht (22) hindurch evakuiert,
- d) wird unter Beibehaltung des Vakuums die Vliesschicht (22) durch Erwärmen zu einer Klebeschicht (32) umgewandelt, vermittels der das Vakuum nach Beendigung des Evakuierens im Wabenkern (4) aufrechterhalten wird,
- e) wird das Evakuieren beendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels (VIP) mit einem Wabenkern.
  • Ein Vakuum-Isolier-Paneel mit Wabenkern ist zum Beispiel aus der WO 2007/147885 A1 bekannt. Derartige Paneele können vielfältig eingesetzt werden, zum Beispiel als Kabinenverkleidung oder für Bordtoiletten oder Galleys in Verkehrsflugzeugen, in Zügen, Schiffen oder Gebäuden.
  • Bei der Herstellung derartiger Paneele ist es aus der Praxis bekannt, poröse Kernmaterialien mit einer luftdichten Folie unter Vakuum einzuschweißen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels mit Wabenkern zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zum Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels mit einem Wabenkern. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Bei dem Verfahren wird in einem Schritt a) eine Wabenkernanordnung bereitgestellt. Die Anordnung enthält den Wabenkern. Die Anordnung ist durch Öffnungen in ihrer Oberfläche evakuierbar, d.h. innerhalb der Anordnung ist ein Vakuum erzeugbar. Die Öffnungen können dabei diskret bzw. vergleichsweise groß ausgeführt sein, z.B. können diese offene Enden der Waben oder Öffnungen in einer die Wabenöffnungen überdeckenden Deckschicht o.ä. sein. Die Öffnungen können aber auch vergleichsweise klein in Form von Mikroöffnungen einer porösen Oberfläche ausgeführt sein, z.B. wenn der Wabenkern mit einer medien- bzw. luftdurchlässigen Deckschicht bedeckt ist, die jedoch nach wie vor die Evakuierung der Waben zulässt.
  • Der Wabenkern weist insbesondere einen medien- bzw. luftdurchlässigen Aufbau auf, um ein Evakuieren des Kerns zu ermöglichen. Unter Leichtbaugesichtspunkten ist dabei insbesondere ein Wabenkern aus beschichtetem Nomexpapier oder anderen geeigneten Papieren vorteilhaft. Alternativ könnten auch andere Wabengeometrien wie Sinuswaben oder Faltkerne eingesetzt werden. Auch der Einsatz eines porösen Schaumkerns im weitesten Sinne eines „Wabenkerns“ ist möglich; die „Waben“ sind dann durch die Leerräume im Schaumkern gebildet.
  • In einem Schritt b) wird zumindest ein Teil der Öffnungen mit einer Vliesschicht bedeckt. Die Vliesschicht enthält zumindest einen thermoplastischen Faseranteil. Die Vliesschicht ist also insbesondere ein Thermoplastvlies. Dabei handelt es sich insbesondere um ein Vlies, das vollständig oder teilweise aus thermoplastischen Fasern besteht. Für die Anwendung in der Flugzeugkabine werden brandgeschützte Thermoplastfasern eingesetzt. Das Vlies kann eine Grammatur von 10 bis 500 Gramm/Kubikmeter aufweisen.
  • In einem Schritt wird c) der Wabenkern bzw. die Wabenkernanordnung mit Hilfe eines Vakuums zumindest durch einen Teil der Vliesschicht hindurch evakuiert. Das Vlies wird also genutzt, um Vakuum in der Wabenkernanordnung zu erzeugen, d.h. Medium bzw. die Luft aus dem Wabenkern abzusaugen. Zumindest wird dabei derjenige Teil des Wabenkerns bzw. der -anordnung evakuiert, dessen Wabenöffnungen mit dem Außenraum (also dort, wo Vakuum herrscht bzw. Medium abgesaugt wird) fluidisch kommunizieren, um Medium zu extrahieren. Das Vlies wird also genutzt, um (durch dieses hindurch) die Luft aus dem Wabenkern abzusaugen.
  • In einem Schritt d) wird unter Beibehaltung des Vakuums die Vliesschicht durch Erwärmen (und nachfolgendes Abkühlen) zu einer Klebeschicht umgewandelt. Optional erfolgt in diesem Zusammenhang eine Druckbeaufschlagung, um die Vliesschicht zur Klebeschicht zu komprimieren. Vermittels der Klebeschicht wird das Vakuum nach Beendigung des Evakuierens im Wabenkern aufrechterhalten. Mit anderen Worten wird zur Aufrechterhaltung des Vakuums die Wabenkernanordnung vakuumdicht verschlossen. „Vakuumdicht“ bedeutet dabei, dass das Vakuum zumindest so lange temporär aufrechterhalten wird, dass für die Dauer einer Weiterverarbeitung bis zu einem dauerhaften vollständig dichten („diffusionsdichten“) Verschluss der Wabenkernanordnung kein oder nur ein tolerierter Verlust des Vakuums möglich ist. Unter „diffusionsdicht“ ist damit zu verstehen, dass die notwendige Gasdichtheit über die gesamte bestimmungsgemäße bzw. dimensionierte Lebensdauer des Vakuum-Isolier-Paneels sichergestellt ist, um die vorgegebenen Isolationseigenschaften durch den evakuierten (Waben-)Kern zu gewährleisten. Anschließend wird das Vlies also aufgeschmolzen und dadurch die evakuierten Waben versiegelt. Zusätzlich generiert das aufgeschmolzene Vliesmaterial eine gute Anbindung des Kerns an eine eventuelle Decklage, wie weiter unten erläutert wird.
  • Die Klebeschicht kann also eine eigenständige Schicht sein, die z.B. selbst vakuumdicht ist und somit den Wabenkern bzw. die -anordnung vakuumdicht verschließt. Die Klebeschicht kann aber auch zur Verklebung der Wabenkernanordnung mit einer zusätzlichen Schicht dienen, wie weiter unten ausführlich erläutert wird. Die Aufrechterhaltung des Vakuums wird dann entweder durch die Klebeschicht selbst und/oder durch die zusätzliche Schicht bzw. deren Verklebung an der Wabenkernanordnung mithilfe der Klebeschicht bewerkstelligt sein.
  • In einem Schritt e) wird das Evakuieren beendet. Somit ist das Vakuum-Isolier-Paneel fertiggestellt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden streckenweise beispielhaft für einen plattenförmigen Wabenkern erläutert, der zwei Flachseiten und umlaufende Stirnseiten aufweist. Die Waben erstrecken sich dann zwischen den Flachseiten, d.h. deren Wabenöffnungen liegen an den bzw. sind Teil der Flachseiten. Die Stirnseiten sind durch Wabenwände gebildet und daher geschlossen. Prinzipiell und sinngemäß ist die Erfindung jedoch auf jede beliebige Form von Wabenkernen anwendbar, die Waben müssen lediglich evakuierbar und vermittels der Klebeschicht in ihrer Summe und/oder individuell verschließbar sein.
  • Gemäß der Erfindung wird eine wirtschaftliche Herstellmethode zur Realisierung von Leichtbau-Vakuumpaneelen beschrieben bzw. solchen mit Wabenkern, die ein hohes Leichtbaupotential aufweisen. Dabei ist der zentrale Punkt die Nutzung eines vollständigen oder teilweisen thermoplastischen Vlieses (Vliesschicht), das genutzt wird, um einerseits die vorhandene Luft im Wabenkern zu evakuieren und das nach dem Aufschmelzen des Vlieses (Umwandlung in die Klebeschicht) den Kern abdichtet und/oder gleichzeitig für eine gute mechanische Verbindung des Kerns mit einer weiteren (dichtenden) Schicht, z.B. einer Decklage, sorgt.
  • Durch das anliegende bzw. im Wabenkern erzeugte Vakuum werden die thermischen und akustischen Isolationseigenschaften des Vakuum-Isolier-Paneels (insbesondere Sandwichpaneel) signifikant verbessert. Dies kann einerseits zur Steigerung des Passagierkomforts, insbesondere in Verkehrsflugzeugen, genutzt werden. Alternativ kann auf Isolationsmaterial in Form von Glaswollpaketen oder Isolierschäumen verzichtet werden, das klassischerweise im Bereich der Flugzeugkabine eingesetzt wird, um die geforderten Isolationseigenschaften zu realisieren. Dadurch kann der Bauraum minimiert werden.
  • Eine Anwendung wären Kabinenverkleidungen mit optimierten akustischen und thermischen Isolationseigenschaften für Bereiche, in denen nicht genug Platz für klassische Isolierpakete zur Verfügung steht. Dies trifft beispielsweise für den Bereich der Notausstiegsverkleidungen oder den Eingangsbereich von Flugzeugkabinen zu.
  • Eine weitere Anwendung wären Bereiche mit erhöhten Anforderungen an die Kabinenakustik wie beispielsweise im Bereich der First-, Business-, oder Premium Economy Class. Hier könnte die beschriebenen Paneele eine Verbesserung des Passagierkomforts bewirken.
  • Eine weitere Möglichkeit wäre ein Einsatz für Bordtoiletten von Verkehrsflugzeugen, bei denen keine Möglichkeit besteht, über Isolierpakete die Übertragung von störenden Geräuschen wie beispielsweise von Spülgeräuschen zu dämpfen. Hier könnte der Lärmpegel in der Kabine durch den Einsatz der beschriebenen Vakuumisolierpakete gesenkt werden.
  • Eine weitere Möglichkeit wäre der Einsatz in einer Galley, bei dem die thermischen Isolationseigenschaften genutzt werden, um ein passives Kühlsystem zu realisieren. Dabei werden die Speisen gekühlt am Boden eingeladen und nur über die gute Isolierwirkung der umgebenden Struktur auf Temperatur gehalten (Prinzip der Thermoskanne).
  • Neben dem Einsatz in der Flugzeugkabine werden Sandwichpaneele in vielen Branchen, z.B. der Automobilindustrie, in Zügen, in Schiffen oder in Gebäuden eingesetzt. Hierbei eröffnen sich viele Anwendungsbeispiele für die beschriebene Technologie. Als Beispiel wird ein Vakuum-Dachpaneel für Autos aufgeführt. Durch die verbesserten thermischen Isolationseigenschaften würde das Aufheizen des Fahrgastraumes durch Sonneneinstrahlung gemindert werden.
  • Die Erfindung beruht auf der grundsätzlichen Überlegung, Sandwichpaneele mit thermoplastischen Decklagen zu entwickeln. Dies umfasst insbesondere die Verbindung der thermoplastischen Decklage mit dem (Nomex-) Wabenkern, der von entscheidender Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die aus der Vliesschicht entstehende Klebeschicht zumindest abschnittsweise, insbesondere ganzflächig, vakuumdicht hergestellt bzw. ist dann vakuumdicht. An den entsprechenden Stellen kann daher durch Verschluss von Öffnungen mithilfe der Klebeschicht das Vakuum bereits alleine mithilfe der Klebeschicht aufrechterhalten werden, das Aufkleben einer zusätzlichen Decklage etc. mithilfe der Klebeschicht ist nicht unbedingt notwendig, optional jedoch möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vor Schritt d) zumindest ein Teil der Vliesschicht mit einer Deckschicht und/oder einer Sperrschicht bedeckt. Die Deckschicht (auch Decklage) hat die Funktion, die Zug- und Druckspannungen zu übertragen sowie Impactlasten abzufangen. Die Decklage besteht bevorzugt aus faserverstärkten Kunstoffen auf Basis von Geweben, Gelegen oder Vliesen von Glas- oder Kohlefasern oder Kombinationen der aufgezählten textilen Halbzeuge. Als Matrixmaterial können sowohl thermoplastische als auch duroplastische Systeme zum Einsatz kommen.
  • Als Deckschicht wird in einer bevorzugten Ausführungsform eine faserverstärkte Kunststoffschicht und/oder als Sperrschicht eine diskrete metallische Sperrschicht aufgebracht wird und/oder die Sperrschicht wird als Beschichtung einer Deckschicht oder als Einbettung in eine Deckschicht des Vakuum-Isolier-Paneels aufgebracht. Die Sperrschicht ist also insbesondere eine metallische Sperrschicht. Die Sperrschicht soll die notwendige Gasdichtheit über die gesamte Lebensdauer des Vakuum-Isolier-Paneels sicherstellen, um die Isolationseigenschaften durch den evakuierten (Waben-)Kern zu gewährleisten („Diffusionsdichtheit“, siehe oben). Im insbesondere einfachsten Fall handelt es sich um eine einfache Metallfolie, etwa aus Aluminium. Für eine bessere Lebensdauerbeständigkeit können hier auch Mehrschichtverbünde eingesetzt werden. Alternativ kann die Funktion auch durch eine Sperrschicht in Form einer metallischen Beschichtung einer Deckschicht realisiert werden. Die Sperrschicht kann dabei sowohl auf der dem (Waben-)Kern abgewandten als auch der dem Kern zugewandten Seite der Deckschicht aufgebracht werden.
  • Die Deckschicht ist daher optional vakuumdicht oder auch diffusionsdicht. Die Sperrschicht ist insbesondere diffusionsdicht.
  • Insbesondere wird also im Bereich von Öffnungen der Wabenkernanordnung eine Deckschicht und/oder Sperrschicht mit Hilfe der Klebeschicht an der Wabenkernanordnung verklebt, so dass sich ein vakuum-/diffusionsdichter Verschluss der Öffnungen ergibt.
  • Die Vliesschicht wird also zwischen der Wabenkernanordnung und der Deckschicht / Sperrschicht eingebracht. Hierdurch wird ein für das Evakuieren durchlässiger Evakuierkanal, z.B. in Form eines durchlässigen bzw. porösen Spaltes, geschaffen. Die Vliesschicht dient hier vergleichsweise als „schwammartiger“ / „poröser“ / „mediendurchlässiger“ Abstandhalter, der die Deckschicht/Sperrschicht von den Öffnungen fernhält, damit diese nicht bedeckt werden und eine Evakuierung misslingt. Dieser Evakuierkanal verschwindet später und wird zur Klebeschicht komprimiert. Die Vliesschicht hält also bis zu ihrer Umwandlung in die Klebeschicht einen Evakuierkanal zwischen der Wabenkernanordnung und der Deckschicht / Sperrschicht offen bzw. bildet einen derartigen Kanal.
  • Vorgeschlagen wird also, Decklagen (Deckschicht) / Sperrschichten mithilfe eines thermoplastischen Vlieses mit einem Wabenkern unter Vakuum zu verbinden, wobei das Vlies nach dem Evakuieren aufschmilzt und somit die Verbindung zwischen Wabenkern und Decklage / Sperrschicht realisiert.
  • Für das Vakuumisolierpaneel werden also insbesondere Decklagen mit einem Wabenkern kombiniert. Die Decklage ist bei Bedarf mit einer metallischen Sperrschicht insbesondere in Form einer Folie oder einer Beschichtung kombiniert. Dabei wird zwischen den Kern und die mindestens eine Decklage / Sperrschicht ein Vlies eingebracht, das vollständig oder teilweise aus thermoplastischen Fasern besteht. Über das Vlies können die Wabenzellen evakuiert werden, um somit die gewünschten Isolationseigenschaften des Bauteils zu realisieren. In einem anschließenden thermischen Konsolidierungsschritt wird das Vlies aufgeschmolzen und mit der Decklage (und/oder Sperrschicht) verbunden. Dadurch wird einerseits der evakuierte Wabenkern luftdicht versiegelt, andererseits auch die mechanische Verbindung zwischen Decklage und Wabe realisiert.
  • Gegebenenfalls können die Vakuumisolierpaneele auch in 3D-geformter Fläche hergestellt werden, indem die Deckschichten/Sperrschichten (insbesondere Decklagen mit der Metallfolie) vorher über einen Thermoformprozess umgeformt werden. In Verbindung mit einem drapierbaren Wabenkern kann so mit Hilfe eines geeigneten Werkzeugs ein 3D-konturiertes Bauteil hergestellt werden.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist die Deckschicht eine faserverstärkte Kunststoffschicht und/oder die Sperrschicht ist eine diskrete metallische Sperrschicht und/oder die Sperrschicht ist eine Beschichtung einer Deckschicht des Vakuum-Isolier-Paneels oder eine Einbettung in eine Deckschicht des Vakuum-Isolier-Paneels. Derartige Ausgestaltungen der Deckschicht / Sperrschicht sind für die entsprechenden Zwecke besonders geeignet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt d) zusätzlich Druck auf die Vliesschicht ausgeübt (es erfolgt eine Druckbeaufschlagung), um diese zur Klebeschicht zu komprimieren. Dies geschieht insbesondere während oder nach dem Erwärmen. So entsteht eine besonders hochqualitative komprimierte und vergleichsweise dünne Klebeschicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) die Vliesschicht mindestens auf eine gesamte Flachseite der Wabenkernanordnung aufgebracht. Die Flachseite ist im Falle einer Wabenkernanordnung in Form nur eines Wabenkerns diejenige, an der die Waben ihre Öffnungen aufweisen; im Falle komplexerer Wabenkernanordnungen diejenige, an der Öffnungen zum Evakuieren vorhanden sind. Insbesondere bei sich flächenhaft erstreckenden Wabenkernanordnungen gelingt es somit, den gesamten Wabenkern bzw. die gesamte -anordnung in einem einzigen Arbeitsgang zu evakuieren und zumindest vakuumdicht oder auch diffusionsdicht zu verschließen.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird in Schritt b) die Vliesschicht auf eine der Flachseiten aufgebracht und die andere Flachseite wird oder wurde vor Schritt e) vakuumdicht verschlossen. Ein derartiges Verschließen entfällt, wenn dort ohnehin keine Öffnungen vorhanden sind bzw. die Wabenkernanordnung dort ohnehin vakuumdicht oder diffusionsdicht ist. Insbesondere wird also in Schritt a) ein Wabenkern bereitgestellt, dessen Waben einseitig (auf einer der Flachseiten) bereits vakuumdicht oder diffusionsdicht verschlossen sind, zum Beispiel durch vakuum-/diffusionsdichtes Aufbringen einer Deckschicht und/oder einer Sperrschicht. Dies führt zu einem besonders einfachen und schnellen Fertigungsverfahren, dann mit den Schritten a) bis e) nur noch die zweite Flachseite und die Stirnseiten vakuumdicht oder diffusionsdicht verschlossen werden müssen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Wabenkernanordnung bereitgestellt, die als Wabenkern einen Nomex- und/oder Honeycomb-Kern enthält. Dies führt zu Bauteilen, die insbesondere für den Einsatz in Verkehrsflugzeugen geeignet sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden vor Schritt e) mindestens eine der Klebeschichten und/oder - falls vorhanden - mindestens eine der Deckschichten und/oder - falls vorhanden - mindestens eine der Sperrschichten und/oder mindestens ein vakuumdichtes Zwischenstück miteinander zu einer wenigstens vakuumdichten, also vakuumdichten oder diffusionsdichten, Umhüllung des Wabenkerns verbunden. Je nachdem, welche der oben genannten Elemente also im Vakuum-Isolier-Panel vorhanden sind, können diese in unterschiedlicher Weise zu einer entsprechenden Umhüllung zusammengefügt werden. Damit wird das geschaffene Vakuum in der Wabenkernanordnung bzw. im Wabenkern entsprechend ausreichend lange aufrechterhalten, wie dies oben bereits erläutert wurde.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform erfolgt das Verbinden durch Kleben und/oder Verpressen und/oder Verschweißen. Auch dies hängt individuell davon ab, welche der genannten Elemente im Vakuum-Isolier-Panel vorhanden sind bzw. zur Hülle verbunden werden. Hier wird insbesondere die passendste, einfachste, kostengünstigste oder zuverlässigste Variante gewählt.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform wird gegebenen falls als Zwischenstück ein stirnseitiges Zwischenstück verbunden. Dies gilt insbesondere für die oben genannten flächenhaften Ausführungsformen von Wabenkern/-anordnung und Vakuum-Isolier-Panel, die an ihren beiden Flachseiten jeweils zumindest teilweise, insbesondere vollflächig von Klebe- und optional Deck- und/oder Sperrschichten bedeckt sind. Die Zwischenstücke schaffen dann die entsprechende stirnseitige Verbindung zu bzw. zwischen den flachseitigen Elementen, um die geschlossene Hülle zu komplettieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Vakuum-Isolier-Paneel ein Sandwichpaneel mit dem Wabenkern und mindestens einer Klebeschicht und optional einer Deckschicht und/oder Sperrschicht hergestellt. Insbesondere handelt es sich dabei also um einen mehrschichtigen Aufbau, der insbesondere die Reihenfolge: Sperrschicht, Deckschicht, Wabenkern, Klebeschicht, Deckschicht, Sperrschicht umfasst. Die Sperrschicht-Deckschicht-Paare können in ihrer Reihenfolge dabei auch jeweils vertauscht sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Wabenkernanordnung bereitgestellt, die alleine den Wabenkern enthält. Als Ausgangsprodukt des Verfahrens muss somit nur der Wabenkern bereitgestellt werden. So können durch Kombination mit Klebe- und optional Deck- und/oder Sperrschichten variabel verschiedenartigste Vakuum-Isolier-Paneele hergestellt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform enthält die Wabenkernanordnung den Wabenkern und mindestens eine Decklage und/oder mindestens eine Sperrschicht und/oder mindestens ein Zwischenstück. Die genannten Elemente bedecken zumindest einen Teil der Oberfläche des Wabenkerns. Die Elemente wurden oben bereits beschrieben. Die Elemente sind dann mit dem Wabenkern bereits fest, insbesondere vakuumdicht oder diffusionsdicht verbunden. Somit wird in Schritt a) insbesondere bereits ein weitgehend vorgefertigtes Ausgangsteil (Wabenkernanordnung) bereitgestellt, welches zum Beispiel bereits an einer Flachseite und den Stirnseiten vakuumdicht oder diffusionsdicht ausgeführt ist. Im Verfahren muss dann lediglich noch die Evakuierung durchgeführt und die zweite Stirnseite vakuumdicht oder diffusionsdicht verschlossen werden. Das Ausgangsteil ist dann insgesamt evakuierbar. Insbesondere kann der Wabenkern auch bereits an derjenigen Stelle oder Flachseite, welche von der Vliesschicht zu bedecken ist, eine Decklage enthalten. Der Wabenkern wird dann dort im Schritt b) zumindest indirekt von der Vliesschicht überdeckt, also unter Zwischenlage einer weiteren Schicht, die wiederum Öffnungen aufweist, die mit Öffnungen der Waben kommunizieren.
  • Insbesondere kann so in Schritt a) ein konventionell hergestelltes Bauteil bzw. Rohteil als Ausgangsteil für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird mindestens eines der vakuumdichten oben genannten Elemente als diffusionsdichtes Element ausgeführt. Wie oben erläutert ist an der entsprechenden Stelle das Vakuum-Isolier-Paneel dann nicht nur temporär, sondern bezogen auf seine gesamte kalkulierte Lebensdauer ausreichend abgedichtet.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
  • Die Erfindung dient insbesondere zur Herstellung eines Paneels, bestehend aus einem Kern aus Nomex-Honeycombwaben, der auf beiden Seiten mit einer Decklage versehen ist. Um die Diffusion von Gasen zu unterbinden, kann eine Metallfolie in die Decklage eingebettet sein oder die Decklage metallisch beschichtet werden. In der bevorzugten Variante handelt es sich bei den Decklagen um faserverstärkte Kunststofflagen, die auf thermoplastischer oder duroplastischer Matrix basieren können. Dadurch weist das Paneel gute mechanische Eigenschaften auf, insbesondere umfasst dies eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Flächengewicht.
  • Der Aufbau wird während des Herstellprozesses evakuiert, so dass das Paneel eine hervorragende thermische und akustische Isolationseigenschaft aufweist. Der erfindungsgemäße Prozess bzw. das Verfahren dient zur wirtschaftlichen und effizienten Herstellung eines solchen Paneels.
  • Gemäß der Erfindung erfolgt insbesondere in einem ersten Arbeitsgang ein Ablegen des Aufbaus (ausgewählte Elemente in Kombinationen, wie sie oben beschrieben wurden):
  • Die Halbzeuge (Kern, Vlies-, Deck, Sperrschichten etc.) für das Bauteil (Vakuum-Isolier-Paneel) werden bereitgestellt und insbesondere auf einem geeigneten Werkzeug abgelegt. Dabei können sowohl ebene Platten als auch konturierte Bauteile hergestellt werden.
  • Danach erfolgt ein Evakuieren des Aufbaus: Über ein geeignetes Werkzeug oder einen Vakuumaufbau wird der Aufbau evakuiert, indem die Luft aus dem Wabenkern über das Thermoplastvlies abgeleitet wird.
  • Dann erfolgt ein Konsolidieren des Aufbaus: Der Aufbau wird aufgeheizt, so dass die Thermoplastfasern des Vlieses aufschmelzen und insbesondere mit Druck beaufschlagt. Dadurch werden die evakuierten Wabenzellen versiegelt und - falls vorhanden - werden gleichzeitig die Wabenstege mit der Decklage mechanisch verbunden. Beim Einsatz von noch nicht vernetzten duroplastischen Decklagen kann hier parallel die Aushärtung der Matrix erfolgen. Bei diesem Prozessarbeitsgang werden optional auch die Ränder (insbesondere Stirnseiten) des Bauteils luftdicht versiegelt. Dies kann durch einen speziellen Bauteilabschluss oder durch einen Schweißprozess erfolgen. Es kann aber auch eine optional vorhandene metallische Sperrschicht an der Kante verschweißt werden.
  • Bei einer Endmontage werden im Anschluss optional Anbauteile wie beispielsweise Halterungen an das Vakuumpaneel angebracht. Zudem kann bei Bauteilen (Vakuum-Isolier-Paneelen), die für den Passagier sichtbar sind, ein Bauteildekor aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise über eine Dekorfolie oder eine Dekorschale erfolgen.
  • Auch ein alternativer Aufbau ist möglich:
  • Hier erfolgt vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens die Herstellung eines konventionellen Rohteils mit insbesondere perforierter Decklage: Es wird ein Rohteil (Wabenkernanordnung) bestehend aus Decklagen und Wabenkern in einem konventionellen Herstellprozess (z.B. ein variothermer Pressprozess) hergestellt, wobei mindestens auf einer Seite eine evakuierbare (insbesondere luftdurchlässige) Decklage verwendet wird. Dies kann beispielsweise ein Open Weave Prepreg sein, also eine Faserverbundlage auf Basis eines offenen Gewebes.
  • Anschließend erfolgt die Evakuierung des Panels: Im nächsten Arbeitsgang wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren begonnen und das Rohteil bereitgestellt und auf die (evakuierbare, insbesondere perforierte) Decklage ein Vlies aufgelegt, das vollständig oder teilweise aus thermoplastischen Fasern besteht. Optional kann hier wieder eine metallische Sperrschicht eingebracht werden, um die Gasdichtheit und Lebensdauer zu verbessen. Über das Thermoplastvlies (Evakuierkanal) wird der Wabenkern durch die evakuierbare, insbesondere poröse, Decklage hindurch evakuiert. Dies kann in einem geeigneten Werkzeug oder in einem Foliensack-Vakuumaufbau geschehen.
  • Danach erfolgt das Konsolidieren des Aufbaus: Nachdem der Kern evakuiert wurde, wird wieder das Thermoplastvlies aufgeschmolzen. Bei einer werkzeuggebundenen Prozessführung wird die Wärme über das Werkzeug zugeführt, beispielsweise kann hier die Wärme über einen beheizten Formenträger oder ins Werkzeug eingebettete Heizpatronen eingebracht werden. Bei der Verwendung eines Foliensackes kann die Struktur in einem Ofen, einem Autoklaven oder mit Hilfe eines IR-Heizfeldes (Infrarot) erwärmt werden. Nach dem Aufschmelzen des Vlieses wird die notwendige Konsolidierungskraft aufgebracht, um das aufgeschmolzene Vlies zu kompaktieren und die luftdurchlässige Decklage somit zu versiegeln.
  • Abschließend erfolgt eine Endmontage: Im Anschluss werden ggf. die Anbauteile wie beispielsweise Halterungen an das Vakuumpaneel angebracht. Zudem kann bei Bauteilen, die für den Passagier sichtbar sind, ein Bauteildekor aufgebracht werden. Dies kann beispielsweise über eine Dekorfolie oder eine Dekorschale erfolgen.
  • Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
    • 1 den prinzipiellen Aufbau eines Vakuum-Isolier-Paneels,
    • 2 ein Verfahren bis zum Beginn der Konsolidierung des Aufbaus
    • 3 die weitere Konsolidierung und den Abschluss des Verfahrens,
    • 4 ein alternatives Verfahren bis zum Beginn der Konsolidierung des Aufbaus
    • 5 die weitere Konsolidierung und den Abschluss des alternativen Verfahrens.
  • 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Vakuum-Isolier-Paneels 2, welches nach Art einer ausgedehnten ebenen Platte ausgestaltet ist. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Platte. Das Paneel 2 enthält einen Wabenkern 4 aus Nomex-Honeycombwaben mit einzelnen Waben 6, die jeweilige Wabenöffnungen 8 an Flachseiten 10a,b des Wabenkerns 4 bzw. der Paneels 2 aufweisen.
  • Eine Wabenkernanordnung 12 wird hierbei alleine durch den Wabenkern 4 gebildet; die Wabenöffnungen 8 sind gleichzeitig Öffnungen 14 der Wabenkernanordnung 12 in deren Oberfläche 16.
  • An jeder der Flachseiten 10a,b ist der Wabenkern 4 mit einer Decklage in Form einer Deckschicht 18 bedeckt. Die Deckschicht 18 ist eine faserverstärkte Kunststofflage, die auf thermoplastischer oder in einer alternativen Ausführungsform duroplastischer Matrix basiert. Dies sorgt für gute mechanische Eigenschaften des Paneels 2, hier eine hohe Biegesteifigkeit bei gleichzeitig niedrigem Flächengewicht.
  • Jede der Deckschichten 18 ist an ihrer jeweiligen, dem Wabenkern 4 abgewandten Flachseite noch mit einer Sperrschicht 20 bedeckt, um die Diffusion von Gasen zu unterbinden. Vorliegend handelt es sich dabei um eine metallische Beschichtung der jeweiligen Deckschicht 18.
  • In den Figuren sind die einzelnen Elemente der Deutlichkeit halber teils beabstandet gezeichnet. Tatsächlich liegen diese aneinander an.
  • Der gesamte Aufbau wird während des Herstellungsprozesses evakuiert, beim vorliegenden endgefertigten Paneel 2 gemäß 1 herrscht also innerhalb der Waben 6 Vakuum.
  • 2 illustriert einen ersten Teil dieses Herstellungsprozesses für ein alternatives Paneel 2. Diese ist vergleichbar zu dem aus 1 und enthält dessen sämtliche Elemente in gleicher Weise. Ergänzend kommen lediglich eine Vliesschicht 22 sowie Zwischenstücke 36 (siehe 3) hinzu, wie später erläutert wird. Gleiche Bauteile werden in den folgenden Figuren der Übersichtlichkeit halber daher teils nicht nochmals nummeriert.
  • Zunächst werden die bereits erläuterten Elemente (Wabenkern 4, Deckschichten 18, Sperrschichten 20) als Halbzeuge auf einem nicht dargestellten, geeigneten Werkzeug abgelegt. Hierbei wird außerdem zwischen den Wabenkern 4 und die Deckschicht 18 zur Flachseite 10a hin eine Vliesschicht 22, hier ein Thermoplastvlies, zwischengelegt. Hierdurch wird zwischen der Deckschicht 18 und dem Wabenkern 4 ein Evakuierkanal 23 gebildet, der luftdurchlässig ist, angedeutet durch die Strichelung.
  • Über ein geeignetes Werkzeug oder alternativ einen Vakuumaufbau wird der gesamte Aufbau, wie er in 2 dargestellt ist, evakuiert, indem Luft 24 (symbolisch durch einen Pfeil dargestellt) aus dem Wabenkern 4 über die Vliesschicht 22 bzw. den Evakuierkanal 23 abgeleitet wird. Vorliegend geschieht dies durch Schaffung eines Vakuums im Außenraum 40.
  • Anschließend wird der Aufbau, wie er in 2 dargestellt ist, durch einen Wärmeeintrag 26 (symbolisiert durch Pfeile) aufgeheizt, sodass die Thermoplastfasern des Vlieses bzw. der Vliesschicht 22 aufschmelzen. Gleichzeitig erfolgt eine Druckbeaufschlagung 28, ebenfalls durch die Pfeile dargestellt. Dadurch wird die Vliesschicht 22 in eine Klebeschicht 32 (siehe 3) umgewandelt bzw. zu dieser komprimiert (siehe 3). Dadurch werden die evakuierten Wabenzellen bzw. Waben 6 versiegelt und gleichzeitig werden die Wabenstege 30 (Ränder der Wabenöffnungen 8) mit der Deckschicht 18 mechanisch und vakuumdicht verbunden.
  • 3 zeigt den sich ergebenden Aufbau, wenn die Vliesschicht 22 bereits in die Klebeschicht 32 umgewandelt wurde. In 3 sind die verdeutlichenden Abstände zwischen den Elementen weggelassen, stattdessen die Schichten schraffiert. In einem weiteren Prozessschritt werden außerdem die Ränder des Bauteils (des Paneels 2), also dessen Stirnseiten 34 durch Anbringen eines speziellen Zwischenstücks 36 luftdicht, hier diffusionsdicht versiegelt.
  • Alternativ, in einer gestrichelten Darstellung angedeutet, erfolgt die Versiegelung nicht durch Anbringen des Zwischenstücks 36, sondern durch Verschweißen der hier verlängert ausgeführten Sperrschichten 20 an jeweiligen Schweißstellen 38 (symbolisch durch einen Punkte dargestellt).
  • Abschließend wird das Evakuieren beendet, d.h. im Außenraum 40 das Vakuum entfernt. Damit ist das Paneel 2 fertiggestellt.
  • 4 illustriert, entsprechend zu 2, erste Schritte eines Herstellungsprozesses für ein alternatives Paneel 2. Die Prozessschritte entsprechen den oben genannten, im Folgenden werden im Wesentlichen nur die Abweichungen erläutert.
  • Hier wird bereits zu Beginn des Prozesses anstelle des alleinigen Wabenkerns 4 ein vorgefertigtes Rohteil 42 (durch einen angedeuteten gestrichelten Rahmen umrissen) bereitgestellt. Dieses enthält den Wabenkern 4, sowie an der Flachseite 10b bereits die fest verbundenen Elemente Deckschicht 18 und Sperrschicht 20, sowie an den Stirnseiten 34 bereits die mit der genannten Sperrschicht 20 bereits diffusionsdicht verbundenen Zwischenstücke 36. So wird in etwa eine diffusionsdichte Wanne aus Sperrschicht 20 und Zwischenstücken 36 geschaffen.
  • Auch zur Flachseite 10a hin ist auf dem Wabenkern 4 bereits eine Deckschicht 18 fest aufgebracht, diese ist jedoch in Form einer luftdurchlässigen Decklage ausgebildet, hier angedeutet durch eine Strichelung. Die gesamte bisher beschriebene Struktur bildet damit die Wabenkernanordnung 12. Diese weist nun an ihrer Oberfläche 16, nämlich der Oberfläche der durchlässigen Deckschicht 18, ihrerseits Öffnungen 14 auf, durch die die Wabenkernanordnung 12, insbesondere die Waben 6 wieder evakuierbar sind.
  • Im nächsten Verfahrensschritt wird die Vliesschicht 22 auf die Deckschicht 18 aufgelegt sowie eine weitere metallische Sperrschicht 20 eingebracht, hier in Form einer Metallfolie. An die Sperrschicht 20 wird eine Werkzeugfläche 44, alternativ ein Trennaufbau angelegt, jedoch noch kein Druck ausgeübt, so dass wieder dank der luftdurchlässigen Vliesschicht 22 ein Evakuierkanal 23 zum Absaugen der Luft 24 gebildet ist.
  • Anschließend wird der Wabenkern 4 wieder durch die Vliesschicht 22 hindurch evakuiert, indem die Luft 24 abgesaugt wird.
  • Anschließend wird wieder das Thermoplastvlies in Form der Vliesschicht 22 durch den Wärmeeintrag 26 aufgeschmolzen. Die Wärme wird hierbei über das Werkzeug bzw. die Werkzeugfläche 44 zugeführt. Nach dem Aufschmelzen wird durch Druckbeaufschlagung 28 wieder die notwendige Konsolidierungskraft aufgebracht, um das aufgeschmolzene Vlies zu kompaktieren und die luftdurchlässige Deckschicht 18 hierdurch zu versiegeln (Verschluss der Öffnungen 14, Verkleben der Ränder der Öffnungen 14 mit der Sperrschicht 20). So erfolgt wieder die Umwandlung der Vliesschicht 22 in die Klebeschicht 32.
  • 5 zeigt vergleichbar zu 3 das Ergebnis, nämlich die zur Klebeschicht 32 aufgeschmolzene und kompaktierte Vliesschicht 22. Hierbei wird auch die Sperrschicht 20 noch an den fehlenden Stellen 46 (angedeutet durch Punkte) mit den Zwischenstücken 36 diffusionsdicht verbunden. Anschließend wird wieder der Wärmeeintrag 26 und die Druckbeaufschlagung 28 beendet, die Werkzeugfläche 44 entfernt und das Vakuum im Außenraum 40 entfernt bzw. abgebaut. Somit ist das Paneel 2 fertig gestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Vakuum-Isolier-Paneel
    4
    Wabenkern
    6
    Wabe
    8
    Wabenöffnung
    10a,b
    Flachseite
    12
    Wabenkernanordnung
    14
    Öffnung
    16
    Oberfläche
    18
    Deckschicht
    20
    Sperrschicht
    22
    Vliesschicht
    23
    Evakuierkanal
    24
    Luft
    26
    Wärmeeintrag
    28
    Druckbeaufschlagung
    30
    Wabensteg
    32
    Klebeschicht
    34
    Stirnseite
    36
    Zwischenstück
    38
    Schweißstelle
    40
    Außenraum
    42
    Rohteil
    44
    Werkzeugfläche
    46
    Stelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/147885 A1 [0002]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Vakuum-Isolier-Paneels (2) mit einem Wabenkern (4), bei dem - a) eine Wabenkernanordnung (12) bereitgestellt wird, die den Wabenkern (4) enthält und die durch Öffnungen (14) in deren Oberfläche (16) evakuierbar ist, - b) zumindest ein Teil der Öffnungen (14) mit einer Vliesschicht (22) bedeckt wird, die zumindest einen thermoplastischen Faseranteil enthält, - c) der Wabenkern (4) mit Hilfe eines Vakuums zumindest durch einen Teil der Vliesschicht (22) hindurch evakuiert wird, - d) unter Beibehaltung des Vakuums die Vliesschicht (22) durch Erwärmen zu einer Klebeschicht (32) umgewandelt wird, vermittels der das Vakuum nach Beendigung des Evakuierens im Wabenkern (4) aufrechterhalten wird, - e) das Evakuieren beendet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Vliesschicht (22) entstehende Klebeschicht (32) zumindest abschnittsweise vakuumdicht hergestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt d) zumindest ein Teil der Vliesschicht (22) mit einer Deckschicht (18) und/oder einer Sperrschicht (20) bedeckt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckschicht (18) eine faserverstärkte Kunststoffschicht und/oder als Sperrschicht (20) eine diskrete metallische Sperrschicht (20) aufgebracht wird und/oder die Sperrschicht (20) als Beschichtung einer Deckschicht (18) oder als Einbettung in eine Deckschicht (18) des Vakuum-Isolier-Paneels (2) aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) zusätzlich eine Druckbeaufschlagung (28) der Vliesschicht (22) erfolgt, um diese zur Klebeschicht (32) zu komprimieren.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Vliesschicht (22) mindestens auf eine gesamte Flachseite (10a,b) der Wabenkernanordnung (12) aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Vliesschicht (22) auf eine der Flachseiten (10a,b) aufgebracht wird und die andere Flachseite (10b,a) vor Schritt e) vakuumdicht verschlossen wird oder wurde.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wabenkernanordnung (12) bereitgestellt wird, die als Wabenkern (4) einen Nomex- und/oder Honeycomb-Kern enthält.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Schritt e) mindestens eine der Klebeschichten (32) und/oder - falls vorhanden - mindestens eine der Deckschichten (18) und/oder - falls vorhanden - mindestens eine der Sperrschichten (20) und/oder mindestens ein vakuumdichtes oder diffusionsdichtes Zwischenstück (36) miteinander zu einer wenigstens vakuumdichten Umhüllung des Wabenkerns (4) verbunden werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbinden durch Kleben und/oder Verpressen und/oder Verschweißen erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenstück (36) - falls vorhanden - ein stirnseitiges Zwischenstück (36) verbunden wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vakuum-Isolier-Paneel (2) ein Sandwichpaneel mit dem Wabenkern (4) und mindestens einer Klebeschicht (32) und optional einer Deckschicht (18) und/oder einer Sperrschicht (20) hergestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wabenkernanordnung (12) bereitgestellt wird, die alleine den Wabenkern (4) enthält.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabenkernanordnung (12) den Wabenkern (4) und mindestens eine Deckschicht (18) und/oder mindestens eine Sperrschicht (20) und/oder mindestens ein Zwischenstück (36) enthält, die zumindest einen Teil der Oberfläche (16) des Wabenkerns (4) bedecken.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der vakuumdichten Elemente als diffusionsdichtes Element ausgeführt wird.
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