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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
einer Honigwabenstruktur.
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Die
Wabenstruktur kann für
eine ganze Reihe von Funktionen und Zwecken zum Einsatz kommen.
Sie kann aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, einschließlich Metall,
z.B. Aluminium, sowie Papier, Stoff und anderen Materialien. Zu
den primären
Techniken der Herstellung von Wabenstrukturen aus Schichten, Bahnen
oder Blätter
zählen
Expansion und Wellenbildung. Bei der Expansionstechnik werden die
Blätter
in Intervallen zusammengeklebt und expandiert. Bei der Wellenbildungstechnik werden
Schichten oder Blätter
zuerst in die gewellte Konfiguration geformt und dann durch Verklebung, Verschweißung oder
anderweitig miteinander verbunden.
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Bei
dem bekannten Expansionsverfahren werden die flachen Folien-, Gewebe- oder Filmschichten
normalerweise mit hitzehärtbarem
Klebstoff miteinander verbunden, welcher zur Bildung von Bindeknoten
in voneinander getrennten Intervallen auf das Substratblatt gedruckt
wird. Benachbarte Blätter
werden mit seitlich versetzten Intervallen bedruckt, siehe z.B.
US-Patentschrift 4,957,577. Der Klebstoff ist in einem Lösemittel
suspendiert, welches normalerweise bis zu rund 80 % der Zusammensetzung
ausmacht. Mehrfache Blätter
und der aufgetragene hitzehärtbare
Klebstoff werden unter Einwirkung von Hitze und Druck gehärtet. Bestehen
das Substrat oder die Schichten aus einem porösen Material wie einige faserige
Materialien, dann neigt der flüssige
Klebstoff dazu, komplett die Schicht zu durchdringen, so dass er
zwischen den darunter liegenden und den darüber liegenden Schichten erscheint,
es sei denn, die Blätter
sind speziell imprägniert.
Falls diese Durchdringung stattfindet, werden möglicherweise einige oder alle
dieser Schichten im Hitze- und Druckbehandlungsschritt miteinander
zu einem nicht expandierbaren Block verbunden. Dementsprechend wurde üblicherweise
eine Vorimprägnierungs-Vorbehandlung
der porösen
Materialblätter wie
zum Beispiel in US-Patentschrift
3,519,510 dargelegt durchgeführt,
um die Durchdringung durch den Lösemittelklebstoff
geradewegs durch die Schichten hindurch zu verhindern. Das Lösemittel wird
aus dem Klebstoff verdampft, und die Schichten und der Klebstoff
werden vorsichtig mit Hitze und Druck aufgebracht auf die mehreren
Blätter,
auf die der Klebstoff aufgedruckt wurde, behandelt. Nach dem Abkühlen wird
die verklebte Struktur expandiert, z.B. durch das Anbringen von
Elementen an den äußeren Schichten
und das Ziehen der Struktur in eine expandierte Wabenstruktur.
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Die
zuvor genannte Vorimprägnierung
fügt dem
Wabenstruktur-Bildungsverfahren und -produkt Produktionsschritte
hinzu und erhöht
die Kosten. Darüber
hinaus muss die Vorimprägnierung
genau richtig erfolgen, um zu verhindern, dass das Produkt zu Ausschuss
wird. Zum Beispiel wird Glasgewebe normalerweise mit einem hitzehärtbaren
Harz vorimprägniert
und teilweise gehärtet.
Dies erfolgt so, dass das Gewebe später bedruckt werden kann, ohne dass
der Klebstoff durch das Gewebe sickert. Bei diesem Vorgang sind
der Harzgehalt und der Härtungsgrad
kritische Faktoren. Ist der Harzgehalt zu hoch, lässt sich
der Kern nur sehr schwierig expandieren. Ist der Harzgehalt nicht
hoch genug, entstehen Löcher,
durch die der später
aufgetragene Klebstoff sickert.
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Dies
kann zu einer Bindung in dem Bereich führen, welcher unverbunden bleiben
muss, damit die Wabenstruktur expandiert werden kann, was wiederum
in einem nicht expandierbaren Block resultiert. Die Härtung des
Harzes ist ebenfalls kritisch. Wird das imprägnierende Harz nicht genug
gehärtet,
erweicht es und bindet sich während
des nachfolgenden Druckzyklus an die benachbarte Materialschicht. Auch
dies resultiert in einem nicht expandierbaren Block. Wird das Harz
zu sehr gehärtet,
wird das Material sehr hart und steif, so dass während des Expansionsverfahrens
die Knotenhaftung nur unzureichend stark ist und bricht, was in
einer teilweisen oder kompletten Unbrauchbarkeit des Blocks resultiert.
Nachdem das Gewebe vorimprägniert
wurde, werden Klebstofflinien auf die Oberfläche gedruckt. Der Klebstoff
muss teilweise gehärtet
werden indem er den einen Ofen durchläuft. Jedoch erhöht dies auch
die Härtung
des vorimprägnierten
Harzes. Daher ist es schwierig, das vorimprägnierte Polymer auf den benötigten Grad
zu härten.
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Normalerweise
wird der Block nach der Expansion in hitzehärtbares Harz getaucht und dann gehärtet. Das
Eintauchen kann so oft erfolgen wie nötig, um die gewünschte Dichte
und Festigkeit für die
Wabenstruktur zu erreichen.
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Beim
Wellenbildungverfahren läuft
die Folie oder der Film zuerst durch konfigurierte Walzen, um einzelne
gewellte Blätter
zu formen. Gewebe werden zuerst imprägniert und/oder dünn beschichtet
und dann gewellt. Diese Blätter
werden auf Länge
geschnitten. Nach der Wellenbildung wird Klebstoff auf die vorstehenden
flachen Oberflächenbereiche
auf den gewellten Blättern
aufgetragen, die Blätter
werden gestapelt und zusammengepresst, um die geformten flachen
Bereiche zusammenzubringen, und der hitzehärtbare Klebstoff wird, üblicherweise
durch Hitze, gehärtet,
um den abschließenden
Wabenkern zu formen. Alternativ dazu können die flachen Bereiche des
gewellten Blattes durch Verschweißung miteinander verschmolzen
werden. Dabei werden eine Reihe von Folien, Filmen oder Gewebeschichten
an den Kontaktflächen
miteinander verklebt, um den Wabenkern zu bilden. Bei dem in früheren Patenten wie
Patent 4,957,577, 5,139,596 und 5,039,567 beschriebenen Schweißverfahren
werden unverstärk te Substrate
unter Verwendung von „Ambossen" zusammengeschweißt, welche
dazu neigen können, das
Substrat eher zu zerschneiden als zu verschweißen, wenn die physische Ausrichtung
falsch ist und/oder die Temperaturen zu hoch sind. Die Knotenbereiche
müssen
gut zusammengedrückt
werden, um das Harz zum Fließen
zu bringen und so die Verschweißung
zu erreichen, was allerdings manchmal ein Zerschneiden verursacht,
wenn nicht die richtigen Parameter vorhanden sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Entwicklung ermöglicht
das Formen von Wabengebilden, selbst bei Verwendung poröser faseriger
Blätter
oder Schichten, jedoch ohne dass eine Vorimprägnierung der Schichten notwendig
wäre, und
ohne die vorherige Schwierigkeit, dass Bindematerial die porösen Faserschichten durchdringt
und unerwünschterweise
die darunter liegenden und/oder darüber liegenden Schichten verklebt
und so einen nicht expandierbaren Block verursacht. Die Härtungsprobleme
des zuvor vorimprägnierte
Harzes treten hier also nicht auf.
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Außerdem besteht
hier auch nicht das Lösemittelverdampfungsproblem
der vorherigen Technologie. Das Bindematerial erfordert kein Lösemittel. Außerdem wird
das Zerschneiden von Substraten durch Ambosse verhindert. Vielmehr
beinhaltet die Entwicklung das Ablegen von Blättern oder Bahnen aus Substratmaterial,
bevorzugt ein faseriges Grundmaterial, mit in einem gleichmäßigen Abstand
voneinander befindlichen dazwischenliegenden Streifen aus festem,
verstärktem
oder unverstärktem
thermoplastischem Kunststoff, wobei die Knotenstreifen eine gewünschte Erweichungstemperatur
aufweisen, welche sich klar von ihrer Schmelztemperatur unterscheidet
und darunter liegt. Die Struktur wird verbunden, indem Druck und
ausreichend Hitze aufgebracht werden, um die Temperatur der Streifen
auf eine Temperatur über
der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials zu erhöhen, jedoch
bevorzugt unter der Schmelztemperatur davon, und zwar für eine ausreichende
Zeit, um zu bewirken, dass ein Teil des erweichten, gepressten Knotenbindematerials
um die Oberflächenfasern
der benachbarten Faserschichten eindringt, oder durch Verschmelzung
mit der benachbarten Schicht, wodurch eine Bindung zu den Schichten
entsteht. Anschließend
wird der Druck gelöst
und die Struktur abgekühlt.
Wenn das Expansionsverfahren angewandt wird, werden die verbundenen
Schichten in eine Wabenstruktur expandiert.
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Bei
der Erzeugung der Schichtanordnung können verschiedene neuartige
Formen von Vorrichtungen eingesetzt werden, um die thermoplastischen Knotenstreifen
auf das Substratmaterial aufzulegen und damit zu verschmelzen. Das
entstehende Material kann zur weiteren Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt
aufgewickelt werden und/oder entweder sofort oder später zur
Wabenbildung auf Länge geschnitten
und gestapelt werden. Alternativ dazu können die festen thermoplastischen
Knotenstreifen gleichzeitig mit der Blattbildung aufgebracht werden. Das
heißt,
das faserbasierte Substrat kann auf Länge geschnitten und mit abwechselnden
Schichten aus Knotenmaterial abgelegt werden. Jede Schicht kann einzeln
auf die darunter liegende Schicht gepresst und damit hitzeverschmolzen
werden, oder mehrere Blätter
können
in mehrfache Schichten gestapelt werden, und alle zusammen können dann
zur gleichen Zeit gepresst und erhitzt werden. Wie vermerkt, wird
das feste Knotenmaterial ausreichend gepresst und erhitzt, um zu
bewirken, dass die thermoplastischen Streifen erweichen, jedoch
nicht so sehr, dass die Streifen unter Druck schmelzen und in einer
unkontrollierten Art und Weise fließen würden. Dieses Merkmal der festen
thermoplastischen Streifen, die Fähigkeit zu Erweichen ohne zu
Schmelzen aufgrund eines klaren Unterschiedes zwischen der Erweichungs-
und der Schmelztemperatur, ist hochbevorzugt, da es dem Knotenmaterial
so möglich
ist, die Schichten des Substrates miteinander zu verkleben, ohne
durch Schichten und Fasersubstrate zu sickern, und einen nicht expandierbaren
Block zu erzeugen. Der gepresste Wabenblock ist anschließend durch eine
herkömmliche
Expansionstechnik expandierbar. Die expandierte Wabenstruktur kann
anschließend hitzegehärtet oder
in Harz, üblicherweise
ein hitzehärtbares
Harz, getaucht und gehärtet
werden, um ihre abschließende
Form zu erhalten. Sie kann auch wiederholt in Harz getaucht werden,
um die Dichte und Festigkeit bis zum gewünschten Punkt zu erhöhen.
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Es
können
verschiedene Substratmaterialien eingesetzt werden, einschließlich verwebte
oder nichtverwebte, natürliche
oder künstliche
Materialien. Dazu zählen,
jedoch nicht darauf beschränkt,
Glasgewebe, Glasmatten, Aramidpapier, Holzzellstoffpapier, Baumwollgewebe,
Polyestergewebe und/oder Polyester-, Polypropylen- oder Polyethylen-Spinnvlies-Papier.
Diese Materialien können,
falls gewünscht,
vorimprägniert
werden, jedoch ist dies für dieses
Verfahren nicht notwendig. Außerdem
kann jede einzelne Schicht ein Laminat aus thermoplastischem Film
zwischen oder auf beiden Seiten von Blättern des oben angegebenen
porösen
Materials sein. Es ist von Vorteil und bevorzugt, dass die Oberflächen der
Materialien für
diese Schichten von faseriger Beschaffenheit sind, und es ist notwendig,
dass die Schichtmaterialien fest genug sind, um den Kräften zu
wiederstehen, welche während
des anschließenden
Expansionsverfahrens aufgebracht werden, und dass die Materialoberflächen die
Eigenschaft besitzen, bei der Erweichungstemperatur des Knotenbindematerials
nicht erweicht, zersetzt oder verschlechtert zu werden.
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Das
Knotenbindematerial ist üblicherweise eine
feste thermoplastische Substanz, welche erweicht werden kann, ohne
zu schmelzen, d.h. es weist eine klar unterschiedliche Erweichungstemperatur
und Schmelztemperatur auf, und kann aus einem thermoplastischen
Material bestehen, einschließlich,
jedoch nicht beschränkt
auf ein oder mehrere aus Polypropylen-, Polyethylen-, Polycarbonat-,
Polyetherimid-, Polyethersulfon-, Polyetheretherketon- und Polyurethan-Polymeren.
Thermoplastische Hochtemperaturkunststoffe können bei Anwendungen zum Einsatz
kommen, bei denen höhere Betriebstemperaturen
involviert sind. Der hierin verwendete Begriff thermoplastischer
Kunststoff beinhaltet in seinem weitesten Sinne Materialien, welche ansonsten
als hitzehärtbar
gelten, jedoch noch nicht vollständig
gehärtet
sind.
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Die
Knotenstreifen können
unverstärkt
oder verstärkt
sein. Die festen Knotenstreifen können mit Fiberglas oder anderen
dafür ausgelegten
Materialien verstärkt
sein, was in einer erhöhten
Festigkeit des Wabenkerns resultiert. Durch das Verstärken der thermoplastischen
Knotenstreifen kann ein Zerreißen besser
verhindert werden und hilft außerdem
bei der Kontrolle des Fließens
des thermoplastischen Harzes. Die Ausrichtung der verstärkten Fasern
kann in der Anordnung variiert werden, um verschiedene Struktureigenschaften
zu erhalten. Verstärkende
Materialien können
sein: Fiberglas, Kevlar®, Kohlenstofffasern, Quarzfasern,
Polyesterfasern oder jegliches anderes Material, welches mit thermoplastischem Kunststoff
oder teilweise gehärtetem,
hitzehärtbarem Harz
laminiert, vermischt, beschichtet oder imprägniert werden kann. Die Form
der festen Knotenpolymerstreifen kann variieren, einschließlich, jedoch nicht
beschränkt
auf nichtperforiert, perforiert, expandiertes Gewebe, nicht expandiertes
Gewebe, unidirektional, verwebte oder zufällig angeordnete Filamente
oder Fasern und polymerbeschichtete Glasfilamente oder -fasern.
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Diese
Entwicklung stellt eine wesentlich Vereinfachung der Herstellung
von Wabenstrukturen dar, eliminiert kostenintensive Produktionsschritte, kann
auf eine Vielzahl von Substratmaterialien angewandt werden, ermöglicht,
dass eine Vielzahl von Postexpansionsschritten ausgeführt werden
kann, um ein Endprodukt mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen,
und sie kann auf Hochgeschwindigkeits-Produktionstechniken angepasst werden.
Das Fließen
des erweichten thermoplastischen Klebstoffes kann durch Auswahl
rheometrischer Eigenschaften kontrolliert werden, was die Erfordernis
zur Vorimprägnierung
des Substrates eliminiert und dennoch ein Durchsickern verhindert.
Lösemittel,
welche durchsickern und Umweltbelastungen darstellen, sind nicht
erforderlich.
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Es
kann auch eine Variation des Wellenbildungsverfahrens angewandt
werden. Spezifisch werden dabei die einzelnen Substratschichten
gewellt, um Schichten oder Blätter
mit parallelen, in einem Abstand voneinander befindlichen, erhöhten Flächen oder
Kämmen
für die
Verbindung mit ähnlichen
parallelen, in einem Abstand voneinander befindlichen, eingesenkten
Flächen
der benachbarten Schicht zu formen. Streifen aus festem Knotenmaterial
werden auf diese erhöhten
Flächen
aufgelegt, und sie werden durch Hitze und Druck mit Hilfe von Verfahren und
Vorrichtungen angehaftet, die in Patent 4,957,577 oder 5,139,596,
beide durch Referenz hierin eingeschlossen, beschrieben werden,
wobei das feste Material auf eine Temperatur über seiner Erweichungstemperatur
erhitzt wird, um zu bewirken, dass sich das erweichte Knotenmaterial
unter Druck um die Oberflächenfasern
der gewellten Schichten herum ausdehnt. Die Schichten werden dann
abgekühlt
und der Druck gelöst,
was in einer Wabenstruktur resultiert.
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Eine
weitere Variation des obengenannten Verfahrens kann auch eingesetzt
werden, wenn das Substratmaterial aus einem festen thermoplastischen
Material besteht und die Knotenstreifen nicht aus einem thermoplastischen
Material geformt sind, sondern aus einem faserigen Material, welches über die
Erweichungstemperatur des thermoplastischen Substrates erhitzt werden
kann. Bei diesen Materialien werden die Faserknotenstreifen auf
eine Temperatur über
dem Erweichungspunkt der thermoplastischen Substratschichten erhitzt,
und zwar kurz bevor sie darauf aufgelegt werden, damit ein Knotenabschnitt
des Substratmaterials in unmittelbarer Nähe der aufgelegten Knotenstreifen
auf eine Temperatur über
dem Erweichungspunkt des thermoplastischen Materials erhitzt wird.
Auf diese Art und Weise werden die benachbarten Schichten des thermoplastischen
Materials in eben diesen Bereichen erweicht und dadurch entlang
der Knotenbereiche in unmittelbarer Nähe der aufgelegten Knotenstreifen
miteinander verklebt. Somit erfordert diese alternative Anordnung
nicht die Verwendung thermoplastischer Knotenstreifen, sondern verwendet
stattdessen ein thermoplastisches Substrat, welches in spezifischen
Bereichen durch das Auflegen eines erhitzten Knotenstreifens erhitzt
und erweicht wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Schrittes einer allgemeinen Darstellung
eines Verfahrens gemäß der Erfindung,
nämlich
die Schichtenbildung fester Streifen aus Knotenbindematerial mit Zwischensubstratschichten
bei Anwendung der Expansionstechnik;
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2 ist
eine perspektivische, teilweise diagrammatische Ansicht eines weiteren
Schrittes des Verfahrens in 1, nämlich das
Aufbringen von Hitze und Druck;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Schrittes des Verfahrens
in 1 und 2, nämlich die Expansion des Wabengebildes;
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4A-4F sind
perspektivische Ansichten alternativer Ausprägungen von Polymerknotenstreifen,
exemplarisch für
diejenigen, welche für
die Erfindung verwendet werden können,
im einzelnen:
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4A ist
eine perspektivische Ansicht von Gewebe mit Polymerfäden verwoben
in einem Winkel von 45°;
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4B ist
eine perspektivische Ansicht eines festen Polymerstreifens, geformt
z.B. durch Extrusion oder ähnliches;
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4C ist
eine perspektivische Ansicht einer/s offenen Polymerbahn oder -netzes;
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4D ist
eine perspektivische Ansicht von polymerbeschichteten Glasfasern;
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4E ist
eine perspektivische Ansicht von Seite an Seite parallel angeordneten
Polymerfasern, geformt z.B. durch Verspinnen oder Extrusion;
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4F ist
eine perspektivische Ansicht von Gewebepolymerfäden verwoben in einem Winkel von
90°;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht einer in der Linie befindlichen Bahn
und kontinuierlicher in der Linie befindlichen Streifen, welche
auf die Bahn aufgebracht werden;
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6 ist
eine perspektivische Darstellung von Blättern aus Substrat und Streifen,
geschnitten aus der kontinuierlichen Bahn und Streifenbändern aus
dem Knotenmaterial in 5, wobei die Blätter und
Streifen bei der Stapelung gezeigt werden;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht einer in der Linie befindlichen Bahn
und extrudierten in der Linie befindlichen Streifenbändern, wobei
jedes Streifenband optional aus mehrfachen Strängen geformt ist, wie in 8 gezeigt;
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8 ist
eine vergrößerte perspektivische Ansicht
von einem der Extrusionsköpfe
in 7, gezeigt bei der Formung mehrerer (vier) Stränge eines Streifens;
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9 ist
eine perspektivische Ansicht einer Pressvorrichtung und mehrerer
Streifen, die quer zu Substratblättern,
welche von einer Bahn geschnitten wurden, aufgebracht werden;
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9A ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht der Verfahrensschritte
1 und 2 mit Bezug auf 9;
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9B ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
3 mit Bezug auf 9;
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9C ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
4 mit Bezug auf 9;
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9D ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
5 mit Bezug auf 9;
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9E ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
6 mit Bezug auf 9;
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9F ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
7 mit Bezug auf 9;
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9G ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
8 mit Bezug auf 9;
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9H ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
9 mit Bezug auf 9;
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9I ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
10 mit Bezug auf 9;
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9J ist
eine seitliche diagrammatische Seitenansicht des Verfahrensschrittes
11 mit Bezug auf 9;
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10 ist
eine isometrische Ansicht eines zylindrischen Querstrang-Applikators
auf den Bahnsubstratgrund;
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11 ist
eine vergrößerte, teilweise,
isometrische Ansicht eines Teils von 10;
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12 ist
eine Endansicht der Laminiervorrichtung zum Anhaften der Stränge in 10 und 11 an
die Bahn;
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13 ist
eine vergrößerte, ebene
Projektionsansicht eines Teils des Applikators in 10,
gezeigt als ein ebener Querstrang- und Blattapplikator;
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14 ist
eine Draufsicht eines Doppelquerlinien-Blattbilders und Strangapplikators,
welcher sich in einer Richtung bewegt;
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15 ist
eine Draufsicht der gegenüberliegenden
Seite des Blattlegers und Applikators in 14, wobei
sich die Stränge
in die entgegengesetzte Richtung bewegen;
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16 ist
eine Endansicht der Vorrichtung in 14 und 15;
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17 ist
eine seitliche Ansicht einer in der Linie befindlichen Aufwicklungs-,
doppelseitigen Bahn- und Knotenstreifenvorrichtung für die gleichzeitige
Formung von zwei Wabenblöcken;
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18 ist
eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in 17;
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19 ist
eine isometrische Ansicht einer quer gewickelten Bahn und einer überkreuzenden Streifenlaminiervorrichtung
zur Formung von zwei Wabenblöcken;
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20 ist
eine Draufsicht von oben der Vorrichtung in 19;
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21 ist
eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung in 19 und 20;
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22 ist
eine Endansicht einer Bahnwellenbildungsvorrichtung;
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23 ist
eine isometrische Ansicht der Wellenbildungsvorrichtung in 22,
wobei die Bahn in Blätter
geschnitten wird und feste Knotenstreifen aufgebracht werden, um
ein Wabengebilde zu bilden;
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24A-D sind Endansichten der sequentiellen Wabenformungsschritte
unter Benutzung der Vorrichtung in 22 und 23;
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25 ist
eine Draufsicht von Schritten der Formung eines Wabenblockes mit
Schablonenknotenmaterial;
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26 ist
eine perspektivische Ansicht einer in der Linie befindlichen Aufwicklungs-Mehrfachseitenbahn-
und Knotenstreifenvorrichtung für
die gleichzeitige Formung mehrerer Wabenblöcke;
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27 ist
eine Endansicht der Vorrichtung in 26;
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28 ist
eine schematische Endansicht der Vorrichtung in 26 und 27 und
getrennter Wabenblöcke;
und
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29 ist
eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer in der Linie
befindlichen Aufwicklungs-, Mehrfachseitenbahn- und Knotenstreifenvorrichtung
für die
gleichzeitige Formung mehrerer Wabenblöcke.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
spezifischer Bezugnahme auf die Zeichnungen, zeigen 1-3 die
grundlegenden Verfahrensschritte bei der Formung eines Wabengebildes
durch die Expansionstechnik und gemäß des Konzeptes hierin. 1 illustriert
einen Verbund 10, welcher aus mehreren einzelnen Schichten 12, 14, 16,
etc. gebildet wird. Diese Schichten sind als Blätter gezeigt, welche von einer
Rolle oder Bahn aus Material auf Länge geschnitten werden. Die Schichten
bestehen aus Folien, Film und porösen, faserartigen, verwebten
oder nichtverwebten Materialien, einschließlich, jedoch nicht darauf
beschränkt, Glasgewebe,
Glasmatten, Aramidpapier, Holzzellstoffpapier, Baumwollgewebe, Polyestergewebe,
Polyester-, Polypropylen- und/oder Polyethylen-Spinnvliesmaterial,
welche Fasern an ihrer Oberfläche
aufweisen, oder Filme aus Polyetherimid, Polycarbonat, Polyetheretherketon
oder Polyethersulfon. Mittels der neuartigen Technologie müssen die
Faserschichten nicht mehr vorimprägniert werden, um eine Bindung
der Schichten zu einem nicht expandierbaren Block oder einer Masse
zu vermeiden. Diese Materialien sollten fest genug sein, um den
Kräften
zu widerstehen, welche während
des anschließenden
Expansionsverfahrens aufgebracht werden, und die Eigenschaft besitzen,
bei der Erweichungstemperatur des im Folgenden noch zu beschreibenden
Knotenbindematerials nicht erweicht, zersetzt oder verschlechtert
zu werden. Optional kann jede Schicht, oder einige Schichten, aus
einem Laminat aus mehr als einem Blatt geformt sein, wie zum Beispiel
ein thermoplastischer Film zwischen einem Paar aus faserigen Blättern, wobei
die freiliegenden Oberflächen faserig
sind, oder auf beiden Seiten eines faserigen Blattes. Zu gewebten
Stoffen, welche verwendet werden können, zählen Fiberglasgewebe mit verschiedenartiger
Webart, Gewicht und Qualität,
wobei ein Beispiel 108E Glas des Lieferanten Clark & Schwebel ist;
verwebte Kunststoffe wie Polypropylen, Nylon, Poletherketon, Polyetheretherketon,
Polyetherimid, Polyester, aromatische Polyamide und Aramide; verwebte
Baumwolle oder andere Zellulosefasern; Kohlenstofffasergewebe und
andere. Zu nichtverwebten Stoffen, welche verwendet werden können, zählen Glasmatten,
Polyesterfasern, Polypropylenfasern, Polyethylen-Spinnvliesmaterial
und andere. Kombinationen der obigen Materialien können in
laminierter Form sein, oder vorimprägniert mit zum Beispiel Polycarbonat,
oder Papier laminiert mit zum Beispiel Polypropylen.
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Dieses
Knotenbindematerial ist entweder ein fester thermoplastischer Kunststoff
oder eine verstärkte
thermoplastische Substanz, welche erweicht werden können, ohne
dass sie schmelzen, d.h. sie haben eine klar unterschiedliche und
niedrigere Erweichungstemperatur relativ zu einer Schmelztemperatur
davon, mit einem Abstand von mindestens mehreren Grad. Beispiele
solcher Materialien mit einem besonders hohen Temperaturunterschied
sind Polyetherimid mit einem Erweichungspunkt nach Vicat von etwa
426°F und
einer Schmelztemperatur von etwa 620°F, und Polyethersulfon mit einer
Erweichungstemperatur nach Vicat von etwa 438°F und einer Schmelztemperatur
von etwa 620°F.
Bevorzugte Betriebstemperaturen der Knotenstreifen in diesem Temperaturbereich
sind etwa 500-550°F.
Das feste Knotenbindematerial wird hierin als thermoplastischer
Kunststoff bezeichnet, wobei zu verstehen ist, dass sich ein teilweise
gehärtetes,
hitzehärtbares Material
wie ein thermoplastischer Kunststoff verhalten kann. Daher soll
der hierin verwendete Begriff feste thermoplastische Streifen feste,
teilweise gehärtete,
hitzehärtbare
Streifenmaterialien umfassen, welche unter Hitze und Druck erweichen.
Der Begriff Streifen wird so verwendet, dass sowohl alles beinhaltet,
was ein einheilticher Feststoff ist, als auch Festgewebe, Vliesstoffe,
Stränge
Bahnen, Spinnvliesmaterialien und andere. Dieses Knotenbindematerial
wird in die Streifen 20 geformt, welche auf die Schichten
aufgelegt werden, und zwar in einem Abstand voneinander und parallel
zueinander auf jeder Schicht, und mit einem Abstand voneinander,
parallel zueinander und abwechselnd seitlich versetzt von allen
Streifen, welche sich darüber
oder darunter befinden. Somit sind die Streifen 20 auf
dem Blatt 14 nicht nur parallel zueinander, sondern auch
seitlich versetzt und liegen so in der Mitte zwischen den darunter
liegenden Streifen auf Schicht 16, zum Beispiel, und sind
gleich ausgerichtet wie die Streifen auf der Schicht unter Schicht 16,
etc. Der Abstand der Streifen auf jeder Schicht bestimmt die Durchmesserweite der
zu formenden Wabenzelle. Die Breite jedes Streifens bestimmt die
Breite der Wandverbindung zu der benachbarten Zelle. Zu diesen festen
thermoplastischen Knotenbindematerialien zählen, jedoch nicht darauf beschränkt, ein
oder mehrere aus Polyethylen-, Polypropylen-, Polycarbonat-, Polyetherimid-, Polyethersulfon-,
Polyethylen-, Polyetheretherketon- und Polyurethan-Materialien,
bei welchen es sich um nicht-klebrige, feste Materialien handelt,
wenn sie eine Temperatur unter ihrer Erweichungstemperatur aufweisen.
Jeder dieser Streifen kann eine Vielzahl von Formen aufweisen, z.B.
ein fester, homogener, thermoplastischer einheitlicher Streifen,
eine Gruppe fester thermoplastischer Fasern, Streifen aus festem thermoplastischem
imprägniertem
Gewebe, feste Thermoplaskunststoffbeschichtete Glasfasern, expandierter
thermoplastischer Film oder nicht expandierter thermoplastischer
Film. Einige dieser Formen sind durch Extrusion, entweder zuvor
oder an Ort und Stelle, leicht zu erzeugen.
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Die
Knotenstreifen können
unverstärkt
oder verstärkt
sein. Die Richtung der Verstärkungsfasern kann
in der Anordnung variiert werden, um eine Vielzahl von Struktureigenschaften
zu erhalten. Verstärkungsmaterialien
können
sein: Fiberglas, Kevlar®, Kohlenstofffasern, Quarzfasern,
Polyesterfasern oder jedes andere Material, welches mit einem thermoplastischen
Harz laminiert, gemischt, beschichtet oder imprägniert werden kann. Die Form
des festen Knotenpolymerstreifens kann variieren, einschließlich, jedoch
nicht darauf beschränkt,
nichtperforiert, perforiert, expandiertes Gewebe, nicht expandiertes Gewebe,
lineare, verwebte oder zufällig
angeordnete Filamente oder Fasern und polymerbeschichtete Glasfilamente
oder -fasern. In 4A-4F sind einige
Beispiele dieser potentiellen Streifenformen illustriert. 4A und 4F zeigen
verwebte Gewebeformen von Streifen, wobei 20A diagonal
verwebte Polymerstränge
sind, und 20F querverwebte Polymerstränge sind. Die Form 20B in 4B ist
als festes Polymer gezeigt, z.B. extrudiert, in einheitlicher Form.
Die Form 20C in 4C zeigt
ein Netz oder eine Bahn geformt aus einzelnen Strängen in
einem Muster. Die Form 20D in 4D ist
aus einer Reihe von polymerbeschichteten Glassträngen in einem Muster geformt.
Die Form 20E in 4E zeigt
eine Gruppe von Polymerfasern oder -strängen, welche parallel Seite
an Seite liegen. Ähnlich
können
die Streifen auch aus Polymerfasern gemischt mit anderen Fasermaterialien
geformt sein.
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Die
einzelnen Streifen können
in kontinuierlicher Form auf eine Bahn aufgebracht werden, indem mehrere
kontinuierliche, voneinander beabstandete Streifen mit einer Bahnschicht
aus Grundmaterial auf einer Bahnbearbeitungslinie erhitzt und geschmolzen werden,
so dass die entstehende Streifen- und Bahnen-Kombination für die weitere
Verarbeitung zu einem späteren
Zeitpunkt aufgewickelt werden kann, z.B. späteres Schneiden in Blätter und
kurze Streifen und Übereinanderstapeln.
Alternativ dazu kann das feste thermoplastische Knotenmaterial zum
Zeitpunkt des Blattschneidens von einer Bahn aufgebracht werden.
In beiden Fällen
wird das faserige Grundmaterial auf Länge geschnitten und mit abwechselnden
Schichten aus Knotenmaterial abgelegt, wobei die Knotenstreifen
auf aufeinaderfolgenden Blättern
seitlich versetzt sind, sodass sie sich in der Mitte zwischen den
Knotenstreifen auf dem Blatt unmittelbar darüber und dem Blatt unmittelbar
darunter befinden.
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Jede
Schicht kann einzeln mit den Knotenstreifen auf einer anderen Schicht
verpresst und hitzeverschmolzen werden, oder alternativ kann gleichzeitig
ein ganzer Stapel aus mehreren Schichten und dazwischenliegenden
Knotenstreifen gepresst und erhitzt werden, wie in 2 gezeigt,
wobei die Pfeile graphisch den aufgebrachten Druck zeigen. So kann das
Aufschichten in einem Druckzyklus erfolgen, oder in einer Reihe
aufeinanderfolgender Druckzyklen.
-
Eine
Einfachdruckzyklussequenz ist detaillierter wie Folgt dargelegt:
- 1. Ablegen abwechselnder Schichten aus Substrat
und festem thermoplastischem Knotenmaterial. Wiederholung, falls
notwendig, zur Erzeugung eines Blocks der gewünschten Größe.
- 2. Platzieren des Blocks in einer Presse unter ausreichender
Hitzezufuhr zum Erweichen der Knotenstreifen, jedoch nicht ausreichend,
um die Knotenstreifen zu schmelzen, und Aufbringen von Druck zum
Verschmelzen des Knotenmaterials mit den Substratschichten.
- 3. Entfernen des Blocks aus der Presse, Abkühlung auf Raumtemperatur und
Expansion in die gewünschte
Wabenkonfiguration. (Dies kann sinusförmig, hexagonal oder rechtwinklig
sein.)
- 4. Wo möglich,
Hitzehärtung
des Blocks zum Erhalt der expandierten Form.
- 5. Falls gewünscht,
kann der expandierte Block in ungehärtetes hitzehärtendes
Harz getaucht und dann gehärtet
werden, um die gewünschten
Gewichts- und Festigkeitseigenschaften zu erzielen.
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Aufeinanderfolgende
Presszyklen sind wie folgt:
- 1. Platzieren der
Knotenstreifen parallel voneinander beabstandet auf der obersten
Substratschicht, Versetzen der Knoten von jeder vorherigen Schicht.
- 2. Auflegen einer weiteren Substratschicht auf die oben angegebene
Schicht aus Knotenstreifen.
- 3. Verschmelzen der Knoten mit den Substratschichten durch Pressung
unter Hitze und Druck, die ausreichen, um die Knotenstreifen zu
erweichen. Wiederholung der Schritte 1, 2 und 3 wie nötig zum
Erreichen der gewünschten
Blockgröße. (Dies
eliminiert die Notwendigkeit eines späteren langwierigen Presszyklus.)
- 4. Expandieren des Blockes auf die gewünschte Zellkonfiguration.
- 5. Wo möglich,
Hitzehärtung
des Blocks zum Erhalt der expandierten Form.
- 6. Falls gewünscht,
kann der expandierte Block in hitzehärtendes Harz getaucht und dann
gehärtet werden,
um die gewünschten
Gewichts- und Festigkeitseigenschaften zu erzielen.
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Wenn
das Material gepresst und erhitzt wird, sollte die Temperatur des
festen Knotenbindematerialstreifens ausreichend erhöht werden,
um der Erweichungstemperatur der Streifen zu entsprechen oder diese
zu übersteigen.
Das jeweils verwendete Streifenpolymer sollte normalerweise durch
eine klare Differenz zwischen seiner Erweichungs- und seiner Schmelztemperatur
gekennzeichnet sein. Die/der aufgebrachte Hitze und Druck bewirken, dass
die erweichten Abschnitte des Polymerknotenstreifens um die Oberflächenfasern
des faserigen Blattmaterials herum gedrückt werden, um die Haftverbindung
herzustellen. Im Falle unverstärkter
Knotenstreifen und unverstärkter
Substrate muss die Hitze der Knotenstreifen in der Lage sein, das
Substrat ausreichend zu erweichen, um unter Druckeinwirkung die
Verschmelzung mit dem Knotenstreifen zu bewirken. Der jeweilige
Druck und die Temperatur werden so ausgewählt, dass sie den jeweiligen
für Knotenstreifen
und Substrate verwendeten Materialien entsprechen.
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Dementsprechend
werden, wenn das Produkt im Anschluss abgekühlt und der Druck gelöst wird,
der Knotenklebstoff und das Substrat, besonders die Fasern eines
Fasersubstrates, fest miteinander verbunden, was in einer stark
verbundenen, laminierten Struktur resultiert, wobei aufeinanderfolgende Schichten
in abwechselnden linearen Knotenintervallen verbunden sind.
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Diese
verbundene Struktur wird dann durch eine beliebige herkömmliche
Expansionstechnik expandiert, was in einer Wabenstruktur resultiert.
Diese Expansion ist in 3 graphisch dargestellt, wobei die
Pfeile eine entgegengesetzte, nach außen ziehende Aktion zur Herstellung
des Wabenkerns 30 anzeigen.
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Anschließend kann
die Wabenstruktur in ein hitzehärtendes
Polymer, z.B. ein Phenolharz, welches ungehärtet ist, getaucht oder anderweitig
damit beschichtet werden, gefolgt von entsprechender Härtung davon
zur Versteifung der Struktur und zur Verhinderung eines nachfolgenden
Zusammenfallens. Die jeweilige auf das Wabengebilde angewandte Art und
Menge des hitzehärtenden
Polymers ist abhängig
von den gewünschten
abschließenden
Eigenschaften und Verwendungen. Das hitzehärtende Polymer wird durch Hitze
in einer bekannten herkömmlichen
Art und Weise gehärtet.
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Die
Art und Weise, in der das Knotenmaterial auf die Substratschichten
aufgebracht wird, kann sehr unterschiedlich sein und mit mehreren
repräsentativen
Vorrichtungen und Verfahren erfolgen, welche hierin als die bevorzugten
dargelegt sind.
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Unter
Bezugnahme auf die Darstellung in 5 und 6,
werden mehrere, hier acht, kontinuierliche feste, nicht erweichte
und nicht-klebrige, thermoplastische Streifen 21G gezeigt,
welche von der gleichen Anzahl an Rollen 22G abgewickelt
werden. Diese Streifen können
z.B. aus Bändern
bestehen, welche sich in einem Abstand voneinander und parallel
zueinander befinden, wenn sie um eine Arbeitswalze 24G herum
laufen, um mit einer im Allgemeinen kontinuierlichen faserigen Bahn 18G von
der Bahnspule 26G in Eingriff zu gelangen, wenn die Bahn
um die Arbeitswalze 28G herum läuft. Die kontinuierlichen Stränge 21G werden
erhitzt und gegen die Bahn 18G gedrückt, wenn die Streifen und
die Bahn zwischen den zusammenwirkenden, zusammendrückenden
Arbeitswalzen 24G und 28G hindurch laufen, um
die Kombination 32G aus faseriger Bahn und thermoplastischen
Streifen angehaftet an eine Seite der Bahn zu erzeugen. Aufeinanderfolgende
Abschnitte dieser Kombination aus Bahn und Streifen können durch
einen geeigneten Schneider 34G wie eine Schlagschere, einen
Wasserstrahl oder andere Schnittgeräte in Blätter 14G geschnitten
werden. Die Schnittabschnitte oder Segmente besitzen in einem Abstand
voneinander befindliche Knotenstreifen 20G, wobei die aufeinanderfolgenden
Blätter übereinandergelegt
werden, jedoch jeweils seitlich versetzt relativ zu dem Blatt darunter,
und zwar um eine Distanz gleich der Hälfte des Abstandes zwischen
den einzelnen parallelen Streifen 20G des Knotenmaterials.
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Da
die thermoplastischen Streifen von Rollen 22G abgegeben
werden und auf die Bahn treffen, welche von der Rolle 26G abgegeben
werden, und beide zwischen den Walzen 24G und 28G hindurchlaufen,
wird die Walze 28G, welche sich auf der Rückseite
der Bahn befindet, bevorzugt auf einer Temperatur gehalten, welche
ausreichend über
der Schmelztemperatur des thermoplastischen Knotenmaterials liegt,
um die Knotenstreifen über
diese Temperatur zu erhitzen und so ihr Anhaften an die Bahn zu
bewirken, während
die Walze 24G beabsichtigt auf einer niedrigeren Temperatur
gehalten wird, um zu verhindern, dass das Knotenmaterial an diesen
Walzen kleben bleibt. Das Knotenmaterial wird normalerweise nicht über die
Erweichungstemperatur des Materials erhitzt, um den Harzfluss in
die Bahn einzuschränken.
Wenn die mehreren Blätter mit
den aufgelegten Streifen wie oben vermerkt gestapelt werden, wobei
dieser Stapel auf einer Unterlage wie einem unteren Presstisch 36G ruht,
werden zum Beispiel mit einem oberen Presstisch 38G Hitze und
Druck auf den Stapel aufgebracht, die ausreichend sind, um die Knotenstreifen
zu erweichen, was bewirkt, dass das erweichte Knotenmaterial in
die Oberflächenfasern
der benachbarten Schicht eindringt. Nach dem Abkühlen bildet dies einen Block 10G,
welcher anschließend
in eine Wabenstruktur expandiert wird. Alternativ dazu könnte die
Bahn mit dem anhaftenden thermoplastischen Knotenmaterial anstelle
des umgehenden Schneidens in Blätter
und des Stapelns in nicht expandierte Blöcke zur Lagerung, zum Versand
oder zur Verarbeitung zu einem späteren Zeitpunkt aufgewickelt
werden.
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In 7 und 8 ist
eine in Linie befindliche Bahnanordnung offenbart, wobei die einzelnen Streifen
aus Knotenbindematerial an Ort und Stelle von Extruderköpfen gleichzeitig
mit dem Vorschub der Bahn geformt werden. Spezifisch wird die Bahn 18H von
der Bahnrolle 26H abgegeben und zwischen einer unteren,
erhitzen Presswalze oder Arbeitswalze 28H und einer zusammenwirkenden,
oberen, kühlen
Presswalze oder Arbeitswalze 24H vorbewegt. Gleichzeitig
extrudieren mehrere herkömmliche
Extruderköpfe 25H,
positioniert Seite an Seite, mit einem Abstand voneinander entlang
der Breite des Bahnmaterials 18H und entlang der Länge der
Walze 24H, in Abstand voneinander befindliche Streifen 21H aus
Knotenbindematerial, welche sich nach der Extrusion auf die kühle oder
kalte Walze 24H verfestigen, um in einem Abstand voneinander
und parallel zueinander darum herum zu verlaufen, damit sie an der
Bahn anhaften, wenn beide zwischen den Presswalzen 24H und 28H hindurchlaufen
und erhitzt werden. In 8 wird gezeigt, dass die Extruderköpfe 25H mehrere,
hier vier, Stränge
extrudieren, welche zusammen einen Streifen 21H bilden.
Die daraus resultierende Bahn mit angehafteten Streifen kann zum späteren Blattschneiden
auf eine Rolle gewickelt werden, oder kann gleich in einzelne Blätter 14H geschnitten
werden, welche daran angehaftete parallele feste Knotenstreifen 20H daran
aufweisen. Beim Stapeln wird jedes einzelne Blatt seitlich relativ
zum Blatt darunter und zum Blatt darüber versetzt, wobei die Distanz
die Hälfte
des Abstandes zwischen den Streifen 20H ist, so dass sich
das Knotenbindematerial in abwechselnder Anordnung befindet, wie
in 3 gezeigt.
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In 9 ist
eine weitere alternative Technik und Vorrichtung zum Formen der
Substrat- und Knotenstreifenkombination gezeigt, wodurch ein Wabenblock
zum Expandieren geformt wird. In diesem Fall wird ein Blattbilder
quer zur Linie eingesetzt. Spezifischer wird eine Bahn 18I von
der Bahnrolle 26I durch ein Paar Zugwalzen 27I vorbewegt
und durch eine Schneide oder ähnliches
in einzelne Blätter 14I geschnitten,
wobei die Blätter
wiederum in einen Blattstapel vorbewegt werden. Auf jedes Blatt
werden in einem Abstand voneinander und parallel zueinander mehrere
quer gerichtete, nicht erweichte feste Knotenstreifen 20I aufgebracht.
Diese Knotenstreifen auf jedem Blatt sind relativ zu den Knotenstreifen
unmittelbar darunter versetzt, und zwar in einer Distanz, welche
der halben des Abstandes zwischen den Streifen beträgt. Der
Stapel aus Blättern
und Streifen wird auf einem unteren Presstisch 40I platziert,
welcher in Zusammenwirkung mit einem oberen, vertikal beweglichen
Presstisch 42 steht. Diese Presstische können durch
jedes geeignete Mittel wie elektrische Widerstandselemente, intern
erhitzte Fluide oder eine Vielzahl anderer herkömmlicher Techniken erhitzt
werden, um die Temperatur der festen Knotenstreifen 20I zu
erhöhen.
Diese einzelnen Streifen werden aus einer Vielzahl von Rollen 22I kontinuierlichen
Streifenmaterials 21I produziert.
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9A-9J illustrieren
die Schritte des Auflegens der einzelnen Streifen aus nichtklebrigem Knotenmaterial
auf die Oberfläche
der Faserblätter. Unter
Bezugnahme auf 9A, befestigt ein erstes Paar
Streifengreifer 46I die Enden der Streifen 21I auf
einer Seite des Blattstapels 14I und, wie in 9B gezeigt,
werden sie über
den Blattstapel hinweg zur gegenüberliegenden
Seite davon bewegt, um die Streifen darüber hinweg zu ziehen. Dann klemmt
ein zweites Paar Streifengreifer 48I die Streifen auf der
ersten Seite des Stapels ein, wie in 9C gezeigt,
und das daneben befindliche Schneidmesser 50I wird vertikal
relativ zu seinem zusammenwirkenden Amboss betätigt, um eine Länge der
kontinuierlichen Streifen abzuschneiden und die Knotenstreifen 20I zu
formen, welche dann auf den Blattstapel 14I (9E)
gesenkt werden, wonach ein weiteres Blatt 14I auf die Streifen
gelegt wird (9F). Nach diesem Vorgang zur
Bildung der gewünschten
Schichtdicke wird der obere Presstisch 42I gesenkt, so
dass Hitze und Druck auf die Streifen und Blätter zwischen den Presstischen 40I und 42I einwirkt,
um die Knotenstreifen zu erweichen und so zu bewirken, dass sie
um die Fasern auf der Oberfläche
der Blätter
herum fließen.
Der obere Presstisch wird dann zurückgezogen (9H),
danach wird das Klemmmessser 50I von seinem Amboss getrennt wird
(9I), und auch die Greifer 46I werden
getrennt und für
den nächsten
Zyklus in ihre Ausgangsposition zurück gebracht (9J).
Die Überstände der
Streifen können
durch jede gewünschte
Technik entfernt werden.
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In 10-15 werden
weitere Strukturen und Verfahren zum Formen des Verbundstoffes für den Wabenblock
gezeigt. Ein Verfahren ist das Quer-Fadenziehen, gezeigt in zwei
Versionen in 10-13 und 14-15.
Spezifisch wird, bezugnehmend auf 10-13,
die Bahn 18I von der Rolle 26J abgegeben und passiert
ein Paar zusammenwirkender unterer und oberer Walzen 28J und 24J um
die Stränge
und die Bahn zusammenzupressen, wobei die untere Walze 28J über die
Erweichungstemperatur der Knotenstreifen erhitzt wird, und die obere
Walze 24J kühl
bleibt, so dass das feste Knotenmaterial in einem nicht erweichten,
nicht klebrigen Zustand verbleibt, bis es gegen das Substratmaterial
gedrückt
und durch die untere Walze 28J erweicht wird. Die Stränge aus
parallelem, festem, kontinuierlichem Polymerknotenmaterial werden durch
Ziehstifte 24'J entlang
der Länge
der oberen Walze 24J vorbewegt, welche sich entlang von Längsschlitzen
in der Walze 24J bewegen und durch einen internen Vorschubmechsmus
angetrieben werden. Dies zieht den Strang quer über die Bahn. Das Fasermaterial 27J,
welches die Stränge
bildet, läuft von
einer Rolle 29J und wird zu mehreren stationären Führungsstiften 31J vorgeschoben
(11), welche sich jeweils in einem bestimmten Abstand voneinander
um den Umfang des Zylinders 24J herum befinden, und von
dem Ende des Zylinders 24J neben der Rolle 29J radial
nach außen
abstehen. Der Strang 27J wird somit während der Drehung des Zylinders 24J peripher
vobewegt, sowie durch die Fadenziehstifte axial verlängert, so
dass sich, wenn die peripheren Abschnitte des Zylinders die Bahn 18J erreichen, der
verdoppelte Strang grundsätzlich
im Wesentlichen über
die gesamte Länge
des Zylinders 24J erstreckt, um sich so im Wesentlichen über die
Breite der Bahn 18J zu erstrecken. Der Eingriff der Bahn und
des Doppelstranges zwischen den beiden Zylindern oder Walzen 24J und 28J drückt den
Doppelstrang gegen die Bahn 18J, wobei die Temperatur der
heißen
unteren Walze 28J die Temperatur des festen Stranges ausreichend
erhöht,
um diesen zu erweichen, und somit zu bewirken, dass der Strang an
der Bahn 18J haftet und einen Streifen bildet.
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Eine
Alternative zu den Walzen 24J und 28J sind die
Walzen 30J, 34J und 32J. Die Bahn wird über die
erhitzten Walzen 30J hinaus vorbewegt, welche sie gegen
eine erhitzte Mittelarbeitswalze 32J (anstelle der Walze 28J)
drücken,
und dann entlang einem Paar kalter Walzen 34J, welches
sie gegen die Arbeitswalze 32J drückt, wie in 12 gezeigt.
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Die
folgende Reihe von Stiften 24'J schieben ebenfalls sequentiell
die nachfolgenden Doppelstrangabschnitte zum entfernten Ende des
Zylinders 24J, wobei jeder Stift dann axial von der zylindrischen Walze
zu seiner Ausgangsposition zurückkehrt,
um wiederholt in aufeinanderfolgende Abschnitte des Stranges 27J einzugreifen,
der von der Rolle 29J kommt. Die Bahn, an der das Knotenmaterial
in Abstandsintervallen angehaftet ist, kann dann in Blattmaterial
geschnitten werden. Die sequentielle Operation ist in der Projektionszeichnung 13 schematischer
illustriert dargestellt, welche zeigt, wie die sich axial vorwärts bewegten
Stifte 24'J den
Strang 27J um die stationären Stifte 31J herum
und über
die Länge
des Zylinders 24J ziehen.
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Als
Alternative zu der in 10-12 dargestellten
zylindrischen Anordnung kann eine ebene Anordnung eingesetzt werden,
wobei die Quer-Fadenspanner Fasern in beide Richtungen vorschieben,
d.h. von beiden Seiten über
die Breite des Blattmaterials hinweg, wie in 14-16 illustriert.
In diesem Fall wird ein Blatt aus faserigem Grundmaterial 14K auf
einem Presstisch platziert, und kontinuierliche Fasern 27K aus
festem, nicht erweichtem, thermoplastischem Knotenmaterial werden
um Stifte 31K, die sich neben gegenüberliegenden Kanten des Blattes
befinden, herum vor und zurück
geschnürt. Optional
können
mehrere Fasern quer über
die Bahn verlaufen, um die Festigkeit und Breite des Knotens zu
erhöhen.
Die Fasern definieren im Grunde die Kanten jeder der mit Abstand
voneinander angeordneten Knotenlinien. Nachdem alle Knotenlinien über die
Bahn hinweg geschnürt
wurden, wird ein weiteres Substratblatt auf das erste Blatt und seine
Knotenstreifen aufgelegt. Wieder werden Fasern quer über dieses
Blatt vor und zurück
geschnürt,
wobei der zweite Stiftsatz um die Hälfte der Distanz, d.h. des Abstandes
zwischen den Knoten der vorhergehenden Schicht versetzt ist (wie
in versteckten Linien gezeigt), so dass sich die Faserknotenlinien
auf diesem zweiten Blatt in der Mitte der Knotenlinien auf dem darunter
liegenden Blatt befinden. Dieses Verfahren des Ablegens einzelner
Substratblätter
und der um die Stifte herum verlaufenden Fasern, des Ablegens eines
weiteren Blattes darauf und der Wiederholung des Faserverlaufs in
einem versetzten Muster wird fortgesetzt, bis die gewünschte Anzahl
an Blättern aufgelegt
wurde, um den Block zu formen. Der Block wird dann unter Hitze und
Druck gepresst, die ausreichend sind, um das thermoplastische Knotenmaterial zu
erweichen und die Schichten an den gewünschten Knotenpunkten miteinander
zu verbinden. Der feste Block wird dann abgekühlt und wie zum Formen des Wabengebildes
erforderlich expandiert.
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Bezugnehmend
auf 17 und 18, illustrieren
diese die Vorrichtung und ein Verfahren zur in der Linie befindlichen,
doppelseitigen Aufwicklungsformung von Wabenblöcken. (In 26-28 ist
eine mehrseitige Formungsvorrichtung dargestellt, welche im Folgenden
beschrieben wird.) Spezifisch zu 17 und 18,
wird ein Bahnsubstratmaterial 14L von abwechselnden Rollen 26L abgegeben,
hier mit einer Anzahl von zwei gezeigt, wobei ein Paar Knotenrollen 29L aus
thermoplastischen Streifen 21L oder Fasern gleichzeitig
abgewickelt wird, um Streifen von nicht erweichtem, nicht klebrigem,
festem thermoplastischem Knotenmaterial abzugeben, jeweils einen
Satz Streifen zwischen zwei Substratschichten und der andere unter
dem unteren Substrat. Diese beiden Substratschichten und zwei Reihen von
Knotenstreifen laufen dann zwischen einem Paar Pressrollen 24L und 28L hindurch,
wobei die obere 24L erhitzt ist, so dass das Knotenmaterial
erweicht wird, um an den Substratschichten zu haften. Die verbundenen
Schichten und Streifen werden dann zu einer Aufwicklungsform vorbewegt,
welche in Form einer Platte 31L dargestellt ist, welche
sich um eine Querachse 33L zwischen ihren Enden dreht,
wodurch wiederum die Substratschichten und Knotenstreifen auf eine
gewünschte
Dicke und Schichtanzahl übereinander
aufgewickelt werden. Dies erzeugt zwei nicht expandierte Wabenblöcke, einer
auf jeder Fläche
der Platte. Die einzelnen Blöcke
können
dann voneinander und von der Platte getrennt, entfernt und einzeln
in einer Presse platziert werden, in der sie über die Knotenmaterial-Ennreichungstemperatur
erhitzt und gepresst werden, um das Material nur entlang der Knotenstellen
miteinander zu verschmelzen. Alternativ können die Schichten alle gepresst
und erhitzt werden, während
sie sich noch auf der Aufwicklungsplatte befinden, dann werden sie
geschnitten und als Blöcke
entfernt. Die Blöcke
werden schließlich
in Wabenstrukturen expandiert.
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In 26-28 ist
eine alternative Vorrichtung 10Q und ein Verfahren zu den
gerade mit Bezug auf 17 und 18 beschriebenen
offenbart. Bei dieser Vorrichtung werden die Knotenstreifen an Substratschichten
angehaftet, und zwei Substratschichten werden miteinander sowie
mit den Knotenstreifen verbunden, wenn die Schichten und Knotenstreifen
auf die rotierende, mehrflächige
Aufwicklungsform oder Spindel 31Q aufgewickelt werden. Somit
sind keine weiteren oder anschließenden Press- oder Verbindungsschritte
oder -zyklen notwendig. Vielmehr werden die einzelnen, verbundenen,
nicht expandierten Wabenblöcke
von der Spindel getrennt und anschließend expandiert und/oder wie
gewünscht
geschnitten.
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Spezifisch
bezugnehmend auf 26-28, weist
die Vorrichtung eine mehrflächige
Form oder Spindel 31Q auf, welche mit acht Flächen um
ihren Umfang herum gezeigt wird, jedoch auch nur zwei oder so viele
Flächen
wie gewünscht aufweisen
kann, denkbar bis zu einer unendlichen Anzahl, d.h. einer zylindrischen
Oberfläche.
Die Spindel ist so angebracht, dass sie sich um ihre mittlere Querachse
dreht. Die angetriebene Drehung dieser Spindel bewirkt, dass ein
Substratbahnpaar 14Q von den Spulen 26Q darauf
aufgewickelt wird, sowie ein Paar einer Reihe in seitlichem Abstand
befindlicher, endloser Zwischenknotenstreifen 21Q von den Rollen 29Q zwischen
den Substratschichten. Obwohl hier zwei Substratschichten und zwei
Sätze Knotenstreifen
gezeigt werden, welche gleichzeitig auf die Spindel aufgewickelt
werden, können
auch nur eine oder mehrere solche Schichten und Streifensätze verwendet
werden. Neben dem Umfang der Spindel 31Q befindet sich
eine längliche
rotierende erhitzte Presswalze 40Q, welche die beiden Schichten
neu aufgewickelten Substrates und die Zwischenknotenstreifen auf
die darunter liegenden Schichten auf der Spindel drückt, um
die Knotenstreifen und Substratschichten miteinander zu verbinden,
wenn sie auf die Spindel gewickelt werden. Ein Satz der Knotenstreifen
ist relativ zu dem anderen Satz seitlich versetzt, und zwar um eine
Distanz gleich der Hälfte
des Abstandes zwischen den Streifen des anderen Satzes, wie dies
in der anderen Ausführungsform
offenbart ist. Heißluftstrahlverteiler 42Q mit
Düsen helfen
dabei, dass die Knotenstreifentemperatur auf einen Punkt über der
Erweichungstemperatur und der Schmelztemperatur davon erhöht wird.
Die Walze 40Q ist auf flexiblen federvorgespannten Auflagen (nicht
gezeigt) angebracht, damit sie dem Spindelumfang folgen kann, während sie
in Richtung der Spindel vorgespannt ist. Nachdem die gewünschte Anzahl
an Substratschichten und Knotenstreifen auf die Spindel aufgewickelt
und miteinander verbunden wurde, wird die Drehung der Spindel gestoppt,
und es werden einzelne Wabenblöcke 10Q voneinander abgetrennt
(28). Dies kann zu einer kleinen Menge Verschnitt,
gezeigt in Form der dreieckigen Stücke 44Q, an den Eckkanten
der Spindelflächen
führen. Die
Wabenblöcke
werden später
wie gewünscht
expandiert.
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19, 20 und 21 illustrieren
eine komplexere Kreuzwicklungsanordnung, bei welcher ein Doppelaktionsspuler
auf senkrecht zueinander stehenden Achsen zum Einsatz kommt, so
dass die Aufwicklung in einer Richtung ein Bahnpaar auf die plattenförmige Aufwicklungsform
aufwickelt, und die Aufwicklung in der Querrichtung ein Paar Streifensätze auf
die Form aufwickelt. Das Bahnpaar 14M und 114M aus
Substratmaterial wird von einem Bahnspulenpaar 26M und 126M von
entgegengesetzten Enden des Spulers der Aufwicklungsplatte 31M zugeführt. Die
Bahnspulen 26M und 126M befinden sich in entsprechenden
Paaren, in seitlichem Abstand befindlicher, länglicher Halterungen 27M und 127M,
befestigt an entsprechenden Querstreben 29M und 129M.
Diese Halterungen und Querstreben können zu der Spulerplatte 31M hin
und davon weg bewegt werden, damit ihre Endbuchsen 133M entsprechend in
einen ersten Satz von vier vorstehenden Verbinderstiften 131M eingreifen
oder aus dem Eingriff heraus bewegt werden. Zwei in seitlichem Abstand
befindliche Stifte stehen von jedem Ende der Platte 31M ab,
und zwar in entgegengesetzter Richtung zu den beiden in Abstand
zueinander befindlichen Stiften am entgegengesetzten Ende der Platte 31M.
Wenn diese Stifte und Buchsen nicht in Eingriff stehen, kann sich
die Spulerplatte frei um 180° in
Richtung der Bahnen 14M und 114M drehen, um eine
Bahnschicht auf jede der entgegengesetzten Flächen der Platte 31M aufzutragen.
Diese Aktion wird durch die Drehung der Platte 31M um eine
mittlere Querachse der Stifte 41M bewirkt. Diese Drehbewegung
geschieht abwechselnd mit der Drehung der Platte 31M in
der Querrichtung zum Auftragen einer Reihe von Knotenstreifen quer über die
Bahnschichten auf den entgegengesetzten Flächen der Platte 31M hinweg,
wie im Folgenden dargelegt.
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Zwei
Sätze Knotenstreifen
erstrecken sich von den Rollen 29M und 129M, welche
auf entgegengesetzten Seiten der Platte 31M befestigt sind,
jeweils auf einem Paar länglicher,
in Abstand voneinander befindlicher Halterungen 37M und 137M,
welche an entsprechenden Querstreben 39M bzw. 139M befestigt
sind. Jede der Halterungen 37M und 137M besitzt
die Endbuchsen 133'M,
welche in die vier Stifte 131'M eingreifen oder aus dem Eingriff
entfernt werden. Diese letztgenannten Stifte 131'M stehen senkrecht
zu den Stiften 131M. Zwei dieser letztgenannten Stifte 131'M stehen von
einer Seite der Platte 31M ab und zwei stehen in entgegengesetzter
Richtung von der entgegengesetzten Seite der Platte 31M ab.
Die Halterungen 37 und 137 können zueinander und voneinander
weg bewegt werden, um die Stifte 131'M und Buchsen 133'M in Eingriff
zu bringen oder zu trennen. Wenn sich diese nicht in Eingriff befinden, und
sich die Stifte 131M mit ihren Buchsen 133M in Eingriff
befinden, kann die Platte 31M um 180° gedreht werden, um einen Satz
Knotenstreifen über eine
Bahnfläche
hinweg, z.B. auf der Oberseite der Platte 31M, und den
zweiten Satz Knotenstreifen über
die zweite Bahnfläche
hinweg zu wickeln, z.B. auf der Unterseite der Platte 31M.
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Diese
beiden entgegengesetzten Streifensätze sind relativ zueinander
seitlich versetzt, und zwar in der Mitte der Knotenstreifenabstände. Wenn also
die Rollen 29M einen Satz Knotenstreifen auf eine Fläche der
Platte 31M auftragen, dann wird der nächste Satz Knotenstreifen von
den Rollen 129M seitlich versetzt von dem ersten Satz auf
diese Fläche
aufgetragen. Diese Knotenstreifen werden aufgelegt, wenn die Platte 31M um
die Längsachse
eines Paares entgegengesetzter koaxialer Schwenkstifte 43M herum
geschwenkt wird, welche an den Querstreben 29M und 129M befestigt
sind. Dadurch dass die Knotenstreifen, welche aus einer Richtung auf
die Platte und auf das Bahnsubstrat gewickelt sind, relativ zu den
Knotenstreifen, welche aus der entgegengesetzten Richtung gewickelt
werden, versetzt sind, und zwar um eine Distanz, welche die Hälfte des
Abstandes zwischen den Knotenstreifen ausmacht, sind die abwechselnden
Knotenstreifen zwischen aufeinanderfolgenden Substratschichten seitlich
versetzt, damit später
das Wabengebilde geformt werden kann. Wie vermerkt, drehen sich
diese abwechselnden Aufwicklungsmechsmen um 180° und stoppen dann; der Antriebsmechsmus
für diesen Mechanismus
wird dann aus dem Eingriff getrennt, während der andere Antriebsmechanismus
für den Querspuler
eingreift, und dieser Spuler dreht sich dann um 180°. Die Aufwicklungsaktion
formt automatisch zwei Wabenblöcke,
einen auf und einen unter der Aufwicklungsplatte. Wenn die Schichten
die erforderliche Dicke erreicht haben, wird das Aufwickeln gestoppt,
die beiden Schichtstapel werden erhitzt und gepresst, und die beiden
so entstehenden Blöcke
werden zur Expansion in Wabengebilde geschnitten und von der Platte
und voneinander entfernt.
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In 22, 23 und 24A-24D wird eine Vorrichtung für ein Wellenbildungsverfahren
zur Formung von Wabengebilden gezeigt, welche festes, thermoplastisches
Knotenstreifenbindematerial verwendet. Spezifischer wird das Bahnmaterial 14N von
der Spule 26N abgewickelt und läuft zum Erweichen der Bahn
durch ein Paar Heizelemente 27N und dann durch ein Paar
zusammenwirkender, ineinander eingreifender Wellenbildungswalzen 18N.
Das so entstehende gewellte Substrat 14'N wird durch einen geeigneten Schneider 15G auf
Länge geschnitten
und auf mehrere parallele, längliche,
querliegende Metallformer oder -finger 16N aufgelegt, welche eine
Höhe aufweisen,
die der Wellenzellhöhe
entspricht. Somit besitzen die Metallformer die gleiche Höhe wie die
Höhe der
zu formenden Wabenzelle. Nachdem eine gewellte Bahn auf diese Metallformer aufgelegt
wurde, wird ein zweiter Satz Former 17N auf diesem gewellten
Blatt platziert, so dass die Former mit abwechselnden Erhöhungen eine
halbe Zellhöhe
und -breite versetzt sind. Dann werden mehrere feste Knotenstreifen
aus thermoplastischem Knotenmaterial entlang der in Abstand voneinander
befindlichen, parallelen, koplanaren erhöhten oberen Flächen oder
Kämme des
gewellten Blattes aufgelegt. Dann wird ein weiteres gewelltes Blatt
auf den zweiten Formersatz abgesenkt, so dass seine Vertiefungen
mit den Streifen auf den erhöhten
Kämmen
der darunter liegenden Schicht in Eingriff gelangen.
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Ein
erhitzter Presstisch 42N wird dann nach unten mit dem obersten
gewellten Blatt in Eingriff gebracht, wobei er dieses Blatt und
das nächste
benachbarte Blatt in Eingriff mit dem ersten Formersatz 16N nach
unten presst, wodurch die Knotenstreifen aus festem Material 20N zwischen
den eingreifenden, überlappenden
gewellten Blättern
erhitzt und erweicht werden. Dies bindet die gewellten Blätter aneinander,
wonach der untere Formersatz entfernt wird, eine weitere Vielzahl
von Knotenstreifen auf das versetzte obere gewellte Blatt aufgelegt
wird, und darauf ein weiteres gewelltes Blatt aufgelegt, erhitzt und
gepresst wird, bis eine Wabenstruktur der gewünschten Höhe erzeugt ist.
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Falls
gewünscht
können
Knotenschabloneneinheiten, wie bei 12P in 25 illustriert
ist, für
die Knotenstreifen verwendet werden, z.B. beim Wellenbildungsverfahren.
Alternativ dazu kann die in 25 gezeigte
Schablonenanordnung auch beim Expansionssystem eingesetzt werden.
Diese Schablonenanordnung beinhaltet mehrere parallele Streifen 20P aus
Knotenmaterial, welche an ihren Enden durch Querträgerstreifen
verbunden sind, welche später,
falls gewünscht,
entfernt werden können. Durch
ihre Länge
reichen die Knotenstreifen über
die gesamte Breite der Blattsubstratgrundlage 14P. Die aufeinanderfolgenden
Schablonen besitzen relativ zueinander versetzte Knotenstreifen.
Somit besitzt bezugnehmend auf 25, Schritt
1, das erste blockformende Blatt die erste Knotenschablone mit ihren
Knotenstreifen darauf aufgelegt, das zweite Blatt wird dann über diese
Schablone vorbewegt, dann eine zweite Schablone aus Knotenstreifen (Schritt
2), versetzt auf die Mitte zwischen den zuvor auf das darunter liegende
Blatt aufgelegten Knotenstreifen, dann wird ein weiteres Blatt vorbewegt (Schritt
3), sowie eine weitere Schablone aus Knotenmaterial (Schritt 4),
vergleichbar mit der in Schritt 1, auf das letzte Blatt usw. Schließlich wird
die gewünschte
Anzahl an Substratschichten und Knotenstreifen erreicht, und diese
werden über
den Erweichungspunkt erhitzt und zusammengepresst, um zu bewirken,
dass sich die thermoplastischen Knotenstreifen mit den Oberflächenfasern
der Substratblätter
verbinden. Der Block wird dann abgekühlt und später zur Bildung von Wabengebilden
expandiert.
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29 zeigt
eine Variation der in 26 und 27 gezeigten
Vorrichtung. Bei dieser Variation werden die benachbarten Substratschichten
und Knotenmaterialien aus unterschiedlichen Richtungen auf die Aufwicklungsform 31R aufgelegt.
Obwohl die Schichten aus unterschiedlichen Richtungen aufgelegt
werden, können
sich die Materialrollen 26R und 29R in der gleichen
Umgebung befinden, da die Knoten- und Substratmaterialien 14R und 21R über verschiedene
Kombinationen und Anordnungen von Walzen 140R und 141R transportiert
werden. Da die Knotenstreifen und das Substratmaterial von den Rollen 26R und 29R in
einer festen, nicht klebrigen Form über die Walzen vorbewegt werden,
werden die Zwischenrollen 140R und 141R nicht
klebrig und ermöglichen
so den reibungslosen Transport des Materials zur Aufwicklungsform 31R.
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Obwohl
die obengenannten Ausführungsformen,
bei denen ein thermoplastisches Knotenmaterial verwendet wurde,
beschrieben wurden, kann auch eine alternative Ausführungsform
zum Einsatz kommen, bei der die Substratmaterialien aus einem thermoplastischen
Material gebildet werden, welches einen Erweichungspunkt aufweist,
der niedriger als der Schmelzpunkt ist, sowie unter Verwendung eines Knotenmaterials
gebildet aus einer Faser, welche über die Erweichungstemperatur
des thermoplastischen Substratmaterials erhitzt werden kann. Zu
solchen Knotenmaterialien zählen
zum Beispiel Glasfilamente oder -fasern, welche kurz vor dem Auflegen zwischen
benachbarte Schichten des thermostatischen Materials auf die Aufwicklungsform 31R durch Heizer 42R erhitzt
werden. Dieses Knotenmaterial erhält eine Temperatur aufrecht,
welche ausreichend ist, um die thermoplastischen Substratschichten
an den Knotenabschnitten davon in unmittelbarer Nähe der darauf
aufgelegten erhitzen Knotenstreifen zu erweichen. Das Knotenmaterial
kann eine Vielzahl von Formen aufweisen, einschließlich Faden,
Garn, Roving, Band, verwebt oder nicht verwebt. Bevorzugt bleibt
das Knotenmaterial bei Temperaturen (1100-1400°F) weit über der Erweichungstemperatur des
zu bindenden thermostatischen Substratmaterials flexibel, welche üblicherweise
bei 300-500°F
liegt. Ferner ist der Erweichungspunkt des Knotenmaterials bevorzugt
höher als
der des thermoplastischen Substrats.
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Das
Substratmaterial kann komplett aus thermoplastischem Material bestehen,
oder es kann aus einem nicht-thermoplastischen Material mit einer Schicht
aus thermoplastischem Material darauf bestehen, wie z.B. eine Beschichtung
aus thermoplastischem Harz. Außerdem
kann das Substratmaterial eine Film- oder Faserzusammensetzung aufweisen. Zu
geeigneten thermoplastischen Substratmaterialien zählen ein
oder mehrere aus der Gruppe von Materialien ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus: Polypropylen, Polyethylen, Polycarbonat,
Polyetherimid, Polyethersulfon, Polyetheretherketon und Polyurethan.
Das geeignetste thermoplastische Material für jede gegebene Anwendung variiert
mit den gewünschten
Kerneigenschaften für
die Anwendung.
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Durch
das Erhitzen der Knotenbereiche benachbarter thermoplastischer Substrat schichten
auf eine Temperatur über
ihre Erweichungstemperatur durch das Auflegen eines erhitzten Knotenstreifens dazwischen,
binden sich die benachbarten Substratschichten aneinander und bilden
bei Abkühlung
eine laminierte Struktur. Ferner kann das Substratmaterial durch
Beibehaltung der Temperatur des thermoplastischen Substratmaterials
auf einer Temperatur unter seiner Erweichungstemperatur bis es mit
dem Knotenmaterial in Kontakt kommt, in einer festen, nicht klebrigen
und nicht erweichten Form über
verschiedene Walzen vorbewegt werden. Die latente Wärme in dem
erhitzten Knotenmaterial muss ausreichend sein, um die Temperatur
des thermoplastischen Substratmaterials über seinen Erweichungspunkt
zu bringen. Aufgrund der geringen Hitze, die im Knotenstreifen gehalten
werden kann, kann es wünschenswert sein,
das thermoplastische Substratmaterial auf eine Temperatur gerade
unter seinem Erweichungspunkt vorzuheizen. Das läßt eine niedrigere benötigte Temperatur
des Knotenmaterials zu, um das thermoplastische Substratmaterial
auf seine Erweichungstemperatur zu bringen. Anschließend kann
das um die Aufwicklung 31R gewickelte laminierte Substrat
in einzelne Blöcke
geschnitten werden, welche dann in eine Wabenstruktur expandiert
werden können.
Die expandierten Wabenstrukturen können dann mit einem ungehärteten Harz
behandelt werden, welches anschließend gehärtet wird, um die gewünschte Festigkeit
und Dichte zu erreichen.
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Das
neuartige Verfahren bietet mehrere Vorteile: 1) Ein eingeschränkter, kontrollierter
Fluss der erweichten Knotenstreifen wird durch das Aufbringen von
Hitze und Druck auf die Knotenstreifen und die Verwendung von Verstärkungsmaterial
kontrolliert, wodurch es möglich
wird, Schichten des Substrates ohne Vorimprägnierung zu verbinden, da das
Knotenmaterial nicht durch die porösen Materialien sickert oder
dringt; 2) Bei diesem Verfahren muss kein Lösemittel verwendet werden.
Solche Lösemittel
verursachen nicht nur das Einsickern des Materials durch jede Schicht,
sondern führen
während
ihrer Verdunstung auch zu Umweltproblemen; 3) Das Knotenmaterial
kann eine Vielzahl von Formen aufweisen; 4) Thermoplastische Hochtemperaturmaterialien
können
für Anwendungen
verwendet werden, bei denen höhere
Betriebstemperaturen vorherrschen; 5) Bessere Herstellungsabfolge.
Jegliches Eintauchen erfolgt nach der Herstellung des Blockes. Falls gewünscht, kann
der Block als roher Gewebekern belassen werden; 6) Einfacherer Expansionsprozess.
Der Block lässt
sich aufgrund der Abwesenheit von Harz auf dem Gewebe zur Versteifung
leichter expandieren. Der Block neigt nicht mehr dazu, zu einem „Ziegel" zu werden, weil
das Harz nicht ordnungsgemäß gehärtet wurde.
Das Produkt neigt nicht mehr dazu, aufgrund der Materialsprödigkeit, entstehend
durch die nicht ordnungsgemäße Härtung oder
die Menge des Harzes, zu versagen; 7) Knoten können mit Glas, Quarz, Kohlenstofffaser oder
anderen dafür
ausgelegten Materialien, einschließlich hitzehärtbarer
und thermoplastischer Materialien, verstärkt werden. Die Richtung der
Verstärkungsfasern
kann so angeordnet sein, dass die Kerneigenschaften verbessert werden
können;
8) Löcher
können
vermieden werden. Die Porosität
des Gewebes kann durch Laminierung mit thermoplastischem Film eliminiert
werden; 9) Viele Kombinationen von Materialien können verwendet werden. Das Substrat
kann mit hitzehärtendem
Material, thermoplastischem Material oder einer Kombination aus
beiden verstärkt
werden. Die Verstärkung
der Knoten kann sich von der Verstärkung des Substrates sowohl
im Material als auch in der Richtung unterscheiden; 10) Vor dem
Anhaften ist kein Vorhärten
des Klebstoffes erforderlich; 11) Das Knotenmaterial ist trocken
und nicht klebrig, wenn es für
das Auflegen vorgeschoben wird, wodurch verhindert wird, dass das
Knotenmaterial an den Walzen kleben bleibt; 12) Falls gewünscht, kann
das Knotenmaterial vor der Anwendung vorgehärtet werden.
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Ferner
kann die Knotenfestigkeit durch Harzfluss optimiert werden, welcher
durch Folgendes kontrolliert wird: a) die Auswahl des Knotenmaterials mit
gewünschten
Schmelz- und Erweichungstemperaturen, und b) die Veränderung
der Schmelz- und Erweichungstemperaturen durch Verwendung ausgewählter Verstärkungsmaterialien
wie Glas, Kohlenstoff usw. (z.B. erhöht die Zugabe von Glasfasern diese
Temperaturen). Außerdem
wird aufgrund der Knotenstreifendicke der Anhaftungsdruck direkter auf
den Knotenbereich aufgebracht.
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Diese
und mehrere weitere Vorteile, Merkmale und verschiedene Modifikationen
werden Fachleuten bei genauer Betrachtung dieser Offenbarung offensichtlich
sein. Somit ist es nicht die Absicht, die Erfindung auf die bevorzugten
Ausführungsformen, die
hierin zur Veranschaulichung der Erfindung dargelegt sind, zu beschränken, sondern
nur durch den Umfang der beigefügten
Ansprüche.