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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verpressen von zu Paketen geschichteten, mit härtbaren Harzen imprägnierten Faserbahnen (Prepregs) unter Anwendung von Druck und Wärme in einer Etagenpresse mit zueinander bewegbaren, heiz- und kühlbaren Pressplatten, bei dem ein oder mehrere durch Presseinlegebleche voneinander getrennte Pakete auf ein unteres Deckblech geschichtet werden, das etwas größer als die Presseinlegebleche ausgebildet ist, danach eine mechanische Verrutschsicherung aufgebracht wird und das oder die Pakete durch ein oberes Deckblech abgedeckt wird, und der so gebildete Stapel zwischen zwei Pressplatten eingelegt und verpreßt wird.
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Für die Herstellung von Laminaten für gedruckte Schaltungen werden Faserbahnen aus Glasfasern oder Cellulosepapier oder Polyesterfasern oder Gemische hiervon mit einem wärmehärtenden Harz, zum Beispiel Phenolharz, Epoxidharz, Polyesterharz, Polyimidharz imprägniert und in die B-Stufe des Harzes vorgehärtet. Diese als Prepregs bezeichneten Faserbahnen werden dann zu Platten geschnitten und zu Laminaten gewünschter Qualitäten und Dicke aufgeschichtet, gegebenenfalls noch mit Kupferfolien ein oder beidseitig abgedeckt und dann in Etagenpressen unter Anwendung von Druck und Wärme zu den Laminaten verpresst. Hierbei werden sehr hohe Anforderungen an die Toleranzen in den Abmessungen der hergestellten Laminate gestellt, so daß die geschichteten Prepregpakete und Stapel sehr exakt positioniert sein müssen, damit keine Lagefehler auftreten. Des weiteren besteht die Gefahr, daß während des Verpressens in der Etagenpresse die Prepregs sich seitlich verschieben, das heißt verrutschen, wenn ein zu starker Harzfluß während des Pressens in der Wärme auftritt.
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Aus der DE-AS 24 44 698 ist es nun bereits bekannt, einen in eine Etage einer Etagenpresse eingelegten Stapel von aufgeschichteten Prepregs durch mechanisches Verstiften mit den Pressplatten der Etage gegen Verrutschen zu sichern. Dies ist jedoch eine sehr aufwendige Methode, da jeweils in der Etagenpresse gearbeitet werden muß, und dies bei automatischen Beschickungseinrichtungen schwierig durchzuführen ist.
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Nach der DE-OS 30 26 738 hingegen wird vorgeschlagen um Laminate mit engen Toleranzen herzustellen, in den aufgeschichteten Stapel von Prepregs, die in eine Etage einer Presse eingelegt werden sollen, kompressible mit gewölbtem Querschnitt ausgebildete Einlagen einzulegen. Mit diesem relativ aufwendigem speziell ausgebildeten Einlagen, die zwischen die einzelnen Prepregspakete eingelegt werden, ist jedoch eine seitliche Rutschsicherung der Prepregs nicht gegeben. Im Gegenteil besteht die Gefahr, bei nicht ausreichender Komprimierung, daß die Prepregs beziehungsweise Stahlbleche noch eher zum Verrutschen bei hohem Harzfluß während des Verpressens neigen.
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In der DE-OS 19 18 215 wird ein Verfahren zum Herstellen von Tafeln durch Verpressen von Granulat aus thermoplastischem Kunststoff beschrieben, bei dem das Granulat in einen auf einem Pressblech aufgelegten geschlossenen Holzrahmen geschüttet wird und mittels eines weiteren Pressbleches abgedeckt wird und beim Verpressen der Holzrahmen auf die Höhe der fertigen Tafel irreversibel zusammengedrückt wird.
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Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 83 07 901 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Prepregs in einem Rahmen aufgeschichtet werden, der gleichzeitig als Vakuumrahmen zur Verhinderung der Bildung von Blasen und Hohlräumen beim Pressvorgang ausgebildet ist, um auch den Prepregs eventuelle Restfeuchte zu entziehen. Diese, die Prepregs vollständig umgebenen Rahmen haben jedoch den Nachteil, daß sie durch während des Verpressens austretendes Harz aus den Prepregs sehr schnell verkleben und verschmutzen und immer wieder mit erheblichem Aufwand gereinigt werden müssen. Stark verharzte Rahmen erschweren auch das einwandfreie Entleeren der Rahmen nach dem Pressvorgang.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern und eine einfach zu handhabende Sicherung gegen Verrutschen der Prepregs während des Verpressens in einer Etagenpresse zu schaffen, die weder den Pressvorgang noch das Beladen und Entladen der Presse nachteilig beeinflußt.
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Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe in der Weise gelöst, daß als Verrutschsicherung stellenweise an mindestens zwei einander gegenüberliegenden Seiten des oder der Pakete elastisch kompressible Formkörper aufgebracht werden, die durch das aufgelegte obere Deckblech und die Pressplatte komprimiert werden, und daß die Formkörper während des Verpressens der Prepregs entsprechend der Dickenverringerung des Stapels weiter komprimiert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, die Prepregpakete und einen hieraus für eine Etage einer Etagenpresse bestimmten Stapel in der exakt aufgeschichteten Form mechanisch zu fixieren und desweiteren diese Lagesicherung auch während des Verpressens der Prepregs unter Anwendung von Wärme, wobei das Harz zum Schmelzen kommt und die Gefahr des Verrutschens sich erhöht, aufrecht zu erhalten. Besonders vorteilhaft läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei hochbeharzten Prepregs, insbesondere Epoxidharz imprägnierten Faserbahnen auf Basis von Glasfasern anwenden, da diese erhöht zum Verrutschen neigen. Da das Harz während des Verpressens in der Etagenpresse zu schmelzen und zu fließen anfängt, wird auch die Dicke des Stapels verringert und dieser Dickenverringerung wird durch eine entsprechende Kompressibilität der Formkörper, die der Lagesicherung und Rutschsicherung dienen, Rechnung getragen, damit sie diesen Dickenunterschied auffangen können.
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Die Erfindung kann auch bei unterschiedlichen Stapelaufbauten aus Prepregs und/oder Laminaten und gegebenenfalls Kupferfolien mit oder ohne Polstereinlagen und mit zwischengelegten Presseinlegeblechen, wie Stahlblechen, angewendet werden.
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Des weiteren ist in vorteilhafter Weiterbildung vorgesehen, daß die Formkörper insbesondere magnetisch örtlich auf dem Deckblech fixiert werden. Diese zusätzliche mechanische Sicherung der Formkörper auf dem Deckblech verhindert auch das Wegschieben der Formkörper und des weiteren dient sie der Fixierung des aufgeschichteten Stapels während des Belade- und Transportvorganges in die Presse.
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Eine bevorzugte Anordnung der Formkörper sieht eine paarweise Anordnung über Eck des Stapels vor, die zumindestens über eine Diagonale, das heißt an zwei einander gegenüberliegenden Ecken, vorgenommen werden sollte.
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Durch die erfindungsgemäß nur an einigen wenigen Stellen außen an dem zu verpressenden Stapel vorzusehenden Formkörpern wird auch der Harzfluß, das heißt das Ausfließen des geschmolzenen Harzes aus den Prepregs seitlich nicht behindert. Da die Deckbleche eben, das heißt ohne fest aufgesetzten Rahmen ausgebildet sind, können diese dann auch in einfacher Weise gereinigt werden. Wenn die Formkörper zudem aus einem das Harz abweisenden Material oder mit einer entsprechenden Oberflächenbeschichtung ausgebildet sind, wird auch ein Verschmutzen der Formkörper verhindert, so daß diese kontinuierlich wieder in den Verfahrensablauf eingesetzt und benutzt werden können.
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Es ist zweckmäßig, für verschiedene Presshöhen des Stapels mit entsprechend angepaßter Höhe ausgebildete Formkörper vorzusehen, um ein möglichst exaktes Verpressen zu erzielen. Hingegen können erfindungsgemäße Formkörper für beliebige Tafelgrößen, die zu verpressen sind, eingesetzt werden.
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Die magnetische Fixierung der Formkörper auf den Deckblechen ermöglicht die einfache Montage und Demontage, ohne das geschraubt oder in anderer Weise Kräfte aufgebracht werden müssen oder eine Beschädigung, wie das beispielsweise beim Einschlagen von Keilen auftreten kann, besteht.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignete kompressible Formkörper weisen im nicht komprimierten Zustand eine etwas größere Höhe als der Höhe des auszufüllenden Zwischenraumes entspricht, auf. Hierbei kann die Höhe des Formkörpers im nichtkomprimierten Zustand etwa bis zu 20% größer sein. Es werden hierbei mittelelastische Formkörper bevorzugt, die sich auf maximal etwa die Hälfte ihrer Körperhöhe komprimieren lassen. Bevorzugt werden Formkörper, die sich nur auf etwa ein Drittel ihrer Höhe komprimieren lassen. Die Formkörper können vollständig aus einem elastischen komprimierbaren Material hergestellt sein, beispielsweise auf Basis natürlichen oder synthetischen Kautschuks, der jedoch für den vorgesehenen Einsatzzweck in den Etagenpressen wärmeformbeständig sein sollte, beispielsweise Silikonkautschuk. Es ist auch möglich, den Formkörper durch geeignete Ausbildung mit Hohlräumen oder dergleichen in der gewünschten Weise kompressibel zu gestalten. Für das erfindungsgemäße Verfahren können jedoch auch Formkörper eingesetzt werden, die unter Verwendung von Federn nachgiebig ausgebildet sind, beispielsweise Schraubenfedern oder aber in Verbindung mit einer teleskopartigen zweiteiligen Ausbildung des Formkörpers aus Metall und/oder Kunststoff.
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Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Formkörper stellt das paarweise Verbinden der Formkörper zu einer Hantel dar. Diese Hanteln können dann vorteilhaft über Eck an den Stapeln angesetzt werden. Jede Hantel bei der die Formkörper mittels eines biegsamen Verbindungsgliedes miteinander verbunden sein können, weist dann zumindest einen Haltemagneten auf, mit dem die Hantel örtlich fixiert auf dem Deckblech festgesetzt wird. Hierbei werden kleine Permanentmagnete entweder an der Auflagefläche der Formkörper auf dem Deckblech angebracht oder beispielsweise an den Verbindungsgliedern der zu Hanteln verbundene Formkörper.
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Die an den Stapel anliegende Seite oder Fläche des Formkörpers sollte so gestaltet sein, daß sie kantengerade anliegt und dieses kantengerade Anliegen auch während des Verpressens erhalten bleibt.
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Die Erfindung wird in der Zeichnung an den Ausführungsbeispielen beispielhaft erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 das Schema einer Etagenpresse.
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Fig. 2 schematisch den Aufbau eines Etagen- Pressstapels im Querschnitt.
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Fig. 3 schematisch die Ansicht eines Stapels mit Formkörpern als Rutschsicherung und
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Fig. 4 bis 8 schematische Skizzen von verschiedenen ausgebildeten Formkörpern als Rutschsicherung.
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In der Fig. 1 ist schematisch eine Etagenpresse zum Herstellen von Laminaten durch Verpressen geschichteter Prepregs dargestellt. Die Etagenpresse weist das Rahmengestell 1 auf, die Etagenpressplatten 2, wobei jeweils zwischen zwei Pressplatten eine Etage 12 gebildet wird. Die dargestellte Etagenpresse hat zehn Etagen. Des weiteren sind die Pressplatten 2 mit Rohren 3 für Heiz- und Kühlmittel sowie Schläuche 4 für Heiz- und Kühlmittel verbunden. Mit 5 ist der Arbeitszylinder bezeichnet, die dargestellte Etagenpresse arbeitet hydraulich als Unterdruck - oder auch als Oberdruckpresse. Die Pressplatten sind heiz- und kühlbar, beheizt wird meist mit Dampf oder Wasser, gekühlt mit Wasser. Die einzelnen Etagen werden dann mit den vorgeschichteten Stapeln von Prepregs beschickt, danach wird die Presse zugefahren, und nach Verpressen unter Druck, einschließlich des Abkühlens, die Presse wieder aufgefahren und die Etagen entladen und dann wiederum neu beladen.
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Der Aufbau eines Stapels ist in Fig. 2 im Querschnitt dargestellt. Die Aufschichtung des Stapels erfolgt in der Weise, daß auf ein unteres Deckblech 6, das auch als Zugblech bezeichnet werden kann, zuerst eine Polsterlage 8, beispielsweise aus Papierbahnen, aufgelegt wird, hierauf ein vorgeschichtetes Paket 10 aus Prepregs, beispielsweise acht gleich Prepregs, dann als Trennlage ein Presseinlegeblech 9 aus poliertem Stahl, hierauf wiederum ein vorgeschichtetes Paket aus Prepregs 10, wiederum ein Presseinlegeblech 9, und so fort, wobei ein Stapel bis zu zehn Prepregpakete enthalten kann. Auf das letzte Prepregpaket 10 wird wieder eine Polsterlage 8, und abschließend das Deckblech 7 gelegt. Das obere Deckblech 7 und das untere Deckblech 6 sind etwas größer dimensioniert als die Prepregpakete und stehen ringsumlaufend mit einem Rand von mindestens fünf bis etwa 10 Zentimeter über. Dieser so gebildete Stapel wird dann in eine Etage 12 zwischen zwei Pressplatten 2 der Etagenpresse eingefahren. Die Prepregpakete können auch noch oben und/oder unten eine Kupferfolienauflage aufweisen.
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Der Stapel einer Etage ist gegen Verrutschen und Verschieben durch Formkörper 11, die in den von den überstehenden Rändern der Deckbleche 6, 7 gebildeten Zwischenraum unter leichter Komprimierung eingesetzt sind, gesichert. Die Formkörper 11 liegen direkt an den Seitenkanten der Presseinlegebleche 9 an. Auf diese Weise findet eine Lagesicherung und exakte Positionierung der Presseinlegebleche und damit des gesamten beschichteten Stapels statt.
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In der Fig. 3 ist der Stapel in Ansicht perspektivisch mit einer beispielhaften Ausführung der Formkörper, die als Hanteln ausgebildet und über Eck angeordnet sind dargestellt. Das untere Deckblech 6 ist dabei als Zugblech mit Griff 61 ausgeführt, auf diesem sind die zu verpressenden Prepregs in entsprechend den herzustellenden Laminaten vorgeschichteten Paketen 10 abwechselnd mit Presseinlegeblechen 9 aufgeschichtet, wobei jeweils gegenüber dem unteren Deckblech 6 und dem oberen Deckblech 7 abschließend eine Polstereinlage 8, beispielsweise aus mehreren Papierlagen, oder aus Filz oder Gummilagen zur Wärmedämmung und Druckverteilung vorgesehen sind.
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Je nach Anzahl der Prepregs in einem Paket 10, und der damit gewünschten Enddicke des Laminates können bis zu zehn Pakete 10 beispielsweise zu einem Stapel, der in einer Etage verpreßt wird, aufgeschichtet werden. Das untere und obere Deckblech 6, 7 weist einen über den aufgeschichteten Stapel 8, 9, 10 umlaufend überstehenden Rand auf, in dem die Formkörper 11, die man auch als Rutschstopper bezeichnen könnte, eingespannt sind. In dem gezeigten Beispiel sind quaderförmige Formkörper 111, 112 vorgesehen, die mittels eines biegsamen Verbindungsgliedes 113 miteinander verbunden sind und die über Eck jeweils an jeder Ecke des Stapels angeordnet sind. Die quaderförmigen Formkörper 111, 112 können beispielsweise aus Silikonkautschuk oder Kork oder einem vergleichbaren relativ steifen aber trotzdem kompressiblen Material, das zugleich die Temperaturen in der Presse von etwa 150 bis 200 Grad Celsius bei Drücken zwischen 20 und 80 bar wärmeformbeständig bleibt. Die nach Fig. 3 gezeigte Anordnung von Rutschstoppern, die als Hantel 111, 113, 112 ausgebildet sind und jeweils über Eck an den Stapeln angeordnet sind, verhindern mit Sicherheit das Verrutschen der Presseinlegebleche 9 und der hochbeharzten Prepregs, die zu den Paketen 10 aufgeschichtet sind beim Hochheizen in der Presse unter Druck. Bei den angegebenen Temperaturen schmilzt das Harz der Prepregs und durch den ausgeübten Pressdruck beginnt es, bevor es endgültig vernetzt, seitlich aus dem Stapel auszufließen. Damit während des Pressvorganges kein Verkanten oder Verbiegen der Presseinlegebleche 9 und der Pakete 10 erfolgt, müssen die Formkörper 11, die als Rutschstopper eingesetzt sind, in gewissem Umfang kompressibel und kantengerade sein. Ein beispielsweise Stapel von einer Einlegehöhe von 50-55 Millimeter enthaltend zehn Prepregpakete mit jeweils acht epoxidharzimprägnierten Prepregs aus Glasfasergeweben mit einem Flächengewicht von 200 g/m2, wobei jedes Prepregpaket beidseitig mit einer Kupferfolie von 35 µm abgedeckt ist, hat nach dem Verpressen eine Enddicke von etwa 35-42 Millimeter. Die Enddicke ist abhängig von dem Prepregaufbau und -qualität. Entsprechend ist die Höhe des Formkörpers 11 zu bemessen, d. h. der Formkörper, beispielsweise aus Silikonkautschuk, hat in diesem Fall eine Höhe in nicht komprimierten Zustand von etwa 60 Millimeter. Er wird dann auf eine Höhe von etwa 35 bis 42 mm zusammengedrückt.
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Für verschiedene Stapelhöhen, die zu Verpressen sind, sind jeweils in ihrer Höhe entsprechend angepaßte Formkörper erforderlich, um die engen gewünschten Toleranzen in der Enddicke der herzustellenden Laminate zu erreichen.
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Die Hantel 111, 112, d. h. die Formkörper 11 werden nach Fig. 3 beispielsweise mittels zweier an dem Verbindungsglied 113 angebrachter Permanentmagnete 114 auf dem unteren Deckblech fixiert. Die über Eck angeordnete Hantel nach Fig. 3 hat den weiteren Vorteil, daß sie bereits in kaltem Zustand, d. h. vor dem Verpressen des Stapels eine kraftschlüssige Verbindung herstellt. Durch ein oder zwei Permanentmagnete je Sicherungseinrichtung, d. h. Hantel oder Formkörper, wird zugleich das aufgeschichtete Paket, das heißt der Stapel, während des Belade- und Transportvorganges in die Presse gesichert.
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Nach dem Verpressen kann der Stapel in üblicher Weise entladen werden nach Entfernen der Formkörper 11. Auch die Reinigung der Bleche von Harz ohne Behinderung durch Rutschsicherungseinrichtung kann nun erfolgen.
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In den Fig. 4 bis 8 sind weitere Ausbildungen von als Rutschstopper dienenden Formkörpern, insbesondere in paarweiser Ausbildung als Hanteln skizziert.
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Nach Fig. 4 sind zwei quaderförmige Formkörper 111, 112 mittels eines Verbindungsgliedes 114, beispielsweise eines biegsamen Metallgliedes verbunden, an dem mittig der Permanentmagnet 114 so angeordnet ist, daß er eine Festhaltefläche für das Deckblech bietet. Die Hantelkörper können beispielsweise aus einem kompressiblen hochtemperaturfesten Kunststoff oder beispielsweise Kork hergestellt werden.
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In der Fig. 5 ist eine Variante dargestellt, wobei die Formkörper 111, 112 durch zusätzliche Hohlräume 115 mit einer definierten Kompressibilität ausgestattet sind.
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In der Fig. 6 sind kompressibel ausgestattete Formkörper 111, 112 dargestellt, wobei die Kompressibilität durch eine teleskopartige zweiteilige Ausbildung mit einem nachgiebigen Teil 111 a und 112 a über Federn 115, ermöglicht ist. Hierbei ist beispielsweise der Basisformkörper 111 napfartig ausgebildet mit im Innern eingesetzter Schraubfeder 115, auf der das in den Formkörper eingesetzte bewegbare Teil 111 a aufsitzt und in einem nicht mehr dargestellten vertikalen Schlitz im Mantel des Formkörpers 111 mit einem vorstehenden Steg 116 geführt ist. Die Höhe des gesamten Formkörpers 111, 111 a wird dann durch den Zwischenraum zwischen den Deckblechen bestimmt, die Nachgiebigkeit beim Komprimieren des Stapels ist gegeben. Diese teleskopartigen Formkörper 111, 111 a nach Fig. 6 können auch einzeln eingesetzt werden und beispielsweise, wenn sie aus Metall gefertigt sind, auf der Unterseite mit einem Permanentmagneten zum Aufsetzen und Festhalten auf den Deckblechen versehen sein. Es ist auch möglich, die teleskopartigen Formkörper nicht nur, wie in der dargestellten Form mit rundem Querschnitt, sondern auch mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt auszubilden, so daß sie eine entsprechende Anlagefläche und damit Führung an dem Stapel aufweisen.
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In der Fig. 7 ist eine sehr viel einfachere Ausbildung des Formkörpers 111, 112, beispielsweise als Schraubenfeder schematisch dargestellt. Diese Schraubenfedern 111, 112 müssen relativ stark ausgebildet sein und entsprechend dem Komprimierungsweg des Stapels bei den ausgeübten Drucken nachgiebig sein. Sie sind aus geeignetem Federstahl herzustellen.
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Eine andere Möglichkeit besteht auch darin, den Formkörper als Blattfeder auszubilden, wie in der Fig. 8 dargestellt und paarweise über das Verbindungsglied 113 als Gelenk zu koppeln.