EP3405347A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines werkstoffverbundes sowie dessen verwendung - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines werkstoffverbundes sowie dessen verwendung

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EP3405347A1
EP3405347A1 EP17701272.1A EP17701272A EP3405347A1 EP 3405347 A1 EP3405347 A1 EP 3405347A1 EP 17701272 A EP17701272 A EP 17701272A EP 3405347 A1 EP3405347 A1 EP 3405347A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laminating
station
composite material
metal
calendering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17701272.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerold Raspudic
Klemens Heermann
Stella JANSSEN
Markus RUDACK
Josef Schneider
Klaus-Peter Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3405347A1 publication Critical patent/EP3405347A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B32B2605/18—Aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a composite material comprising at least two layers of a metallic material and at least one layer of a polymer matrix material arranged between the two layers comprising the following steps:
  • the invention relates to a device for producing a composite material comprising at least two layers of a metallic material and comprising at least one layer arranged between the two layers of a polymer matrix material
  • the invention relates to a use of the composite material.
  • FIG. 3 shows that a first material in the form of a metal strip wound on a coil, a second material in the form of a metal strip wound on a coil and a third material in the form of a coil wound on a polymer film are provided, which are unwound and
  • Metal strips and the plastic film are preheated to at least one preheating temperature and fed continuously to a laminating unit (double belt press) to produce a composite material under pressure and / or temperature. Subsequently, the composite material is fed continuously at least one cooling unit and / or a post-processing unit and finally cut to sheets or wound into a coil.
  • a laminating unit double belt press
  • Adhesive properties between the polymer matrix material and the / the metallic material (s) within the sandwich material is proposed to apply a primer, which can be applied in the coating process, to the metal sheet. Accordingly, metal bands are provided for the production of composite materials, which are already coated with a primer / primer layer.
  • the object is achieved in accordance with a method according to the invention in that the first and the second metal strip pass through at least one pretreatment unit between the unwinding and the preheating units, the first metal strip at least on one side in a first pretreatment unit in one
  • Conditioning station and the second metal strip are conditioned at least one side in a second pretreatment unit in a conditioning station and the respective conditioned sides of the metal strips in the laminating laminating calendering unit are brought into contact with the polymer film and bonded together.
  • the metal strips In the method according to the invention, there is no longer any need for the metal strips to be conditioned separately in upstream processes, in which case not only the adhesion properties in the composite material but also the forming and sliding properties of the composite material can be positively influenced.
  • the conditioning of the metal strips in the continuous laminating-laminating-calendering process for the production of material composites the production process can still be compared to the known state of the art
  • the metal strips are coated in the conditioning stations by means of application, in particular by means of spraying, by knife coating or preferably by means of coating with an adhesion promoter and / or adhesive system and / or conditioning agent and / or chemically and / or physically, preferably by means of plasma , activated.
  • Adhesion promoter and / or adhesive system and / or conditioning agent is particularly preferred because the coating at low tolerances and reproducible
  • the coating thickness of the applied wet film is between 0.001 and 0.1 mm, in particular between 0.001 and 0.05 mm, preferably between 0.001 and 0.03 mm, particularly preferably between 0.001 and 0.02 mm.
  • Metal bands is preferably carried out by means of plasma for chemical, mechanical and / or physical adjustment of the adhesion as well as the forming and / or sliding properties.
  • the metal strips pass through a drying station after the conditioning station.
  • the metal strip passes through at least one drying station, in which the preferably usually applied in liquid form adhesion promoter and / or the adhesive system and / or Conditioner is dried at a temperature between room temperature and preferably below the decomposition temperature of the adhesion promoter used and / or adhesive system and / or conditioning to ensure that the applied adhesion promoter and / or the adhesive system and / or conditioning agent remains on the metal strip, which then the other
  • Process steps can be supplied safely.
  • a drying can be omitted, for example, in a plasma treatment.
  • the metal strips in the pretreatment units in front of the conditioning station pass through at least one directional, one cutting and / or one cleaning station.
  • the metal strips In the cutting station, the metal strips can be trimmed continuously along their longitudinal edges in order to be able to supply the further process steps with a metal strip having a defined width and / or defined strip edge design.
  • the metal bands In the cleaning station, the metal bands, in particular the
  • the composite material is selectively cooled after the lamination-laminating calender unit in the cooling unit in at least one cooling station, in particular in two cooling stations.
  • the cooling can take place actively via suitable means or passively, for example via a free air gap.
  • the composite material in the post-processing unit passes through at least one cutting, one inspection, one inspection and / or one coating station.
  • the material composite can be trimmed continuously along its longitudinal edges in order to be able to impart to the composite material a defined width and / or a defined edge orientation.
  • the stresses generated in the material combination by the stresses generated in the process steps under the action of temperature and / or pressure can be compensated or specifically directed by stretch bend application in order to be able to impart a high dimensional stability and flatness and / or flatness to the material composite .
  • the material composite can be checked for surface, flatness, flatness and / or geometry errors in order to be able to automatically classify and document them, for example, when a corresponding error occurs.
  • the composite material for example, with a
  • Protective layer a primer layer, a lacquer layer and / or a
  • Forming agent layer preferably coated with a corrosion protection oil to provide temporary corrosion protection, at least until
  • a continuous guidance of the first and / or the second metal strip takes place via
  • Laminating calendering unit preferably such that the conditioned, preferably the side of the metal strip coated with an adhesion promoter and / or an adhesive system and / or conditioning agent does not come into contact with the means for guiding, thereby contaminating the means by possible adherence of conditioning constituents as well as contamination or damage, for example by partial detachment of the primer and / or adhesive system and / or conditioning agent, the conditioned side of the
  • the metal strips and the polymer film of the laminating / laminating calendering unit which has a laminating / laminating calendering station with a pair of laminating rollers forming a laminating nip, are supplied in such a way that the composite material is laminated in a laminating laminate Calendering station is generated.
  • the metal strips and the polymer film of the laminating lamination-calendering unit comprising a first laminating lamination calendering station with a first laminating roller pair forming a laminating nip and a second laminating lamination calendering station a second laminating roller pair forming a laminating nip, fed in such a way that in the first laminating lamination calendering station the second
  • Metal strip is connected to the polymer film to form a metal-polymer composite and in the second laminating laminating calendering station of the metal-polymer composite is connected to the first metal strip to a composite material, wherein the
  • Material composite is produced in two laminating lamination calendering stations.
  • Preferred polymers may be, for example, systems based on PA, PE, PP and / or mixtures thereof and
  • Polyester and / or polyacrylates If a steel material is used, it is coated, for example, inorganic and / or organic coated.
  • a metallic corrosion protection layer is provided as a coating, in particular based on preferably zinc, and / or mixtures with aluminum and / or magnesium, which was applied to the steel material in the hot-dip or particularly preferably in the electrolytic deposition process.
  • the material thickness of the first and / or the second metal strip is at most 1.5 mm, in particular at most 1.0 mm, preferably at most 0.5 mm and particularly preferably at most 0.35 mm and the material thickness of the polymer film is at most 20.0 mm, in particular at most 15.0 mm, preferably at most 10.0 mm, particularly preferably at most 5.0 mm.
  • the metal strips each have a material thickness of at least 0.05 mm, preferably at least 0.1 mm, and the polymer film has a material thickness of at least 0.02 mm, in particular at least 0.05 mm, preferably at least 0.1 mm.
  • the object is achieved with a device in that the device comprises means for pretreating at least the first and the second metal strip, wherein the means for pretreatment a first
  • Pre-treatment unit with a first conditioning station for at least one-sided conditioning of the first metal strip and a second
  • Pre-treatment unit comprising a conditioning station for at least one-sided conditioning of the second metal strip.
  • Integrated material composites so that the production process more cost-effective design and can be further optimized and in particular the degree of automation can be increased.
  • the conditioning stations comprise means for applying a coating, in particular means for spraying, knife coating or preferably a coater for coating a bonding agent and / or adhesive system and / or conditioning agent and / or means for chemical and / or physical activation, preferably by means of plasma.
  • a coating in particular means for spraying, knife coating or preferably a coater for coating a bonding agent and / or adhesive system and / or conditioning agent and / or means for chemical and / or physical activation, preferably by means of plasma.
  • Coaters can be economical and reperceable to at least one-sided Coating of metal strips can be used.
  • plasma devices which, for example, operate at atmospheric pressure and can activate the metal strips reliably and reproducibly at least one-sidedly.
  • the device for the metal strips each comprise at least one drying station.
  • the drying station which in particular seen in the process direction behind the
  • Conditioning station of the metal strips comprises at least one heating device for drying the preferably applied in the conditioning station in liquid form adhesion promoter and / or adhesive system and / or conditioning, for example, a circulating air dryer.
  • the pretreatment units each comprise at least one drawing, cutting and / or
  • the straightening station comprises at least one means for straightening the coiled-off metal strip, preferably a straightening machine.
  • the cutting station comprises at least one means for trimming the longitudinal edges of the metal strip, for example a trimming scissors.
  • the cleaning station comprises at least one means for cleaning and / or degreasing the metal strip, for example a brush for mechanical cleaning and / or preferably a system for chemical cleaning with a device for applying or immersing the metal strip with or in a solution of chemicals, a flushing device for rinsing the metal strip afflicted with the solution and optionally a drying device for drying the rinsed metal strip.
  • the cooling unit comprises at least one cooling station and / or the post-processing unit at least one cutting, a direction, an inspection and / or a
  • the cooling station comprises at least one (active) means for cooling the composite material, for example an air cooler. Alternatively, a passive cooling, for example, take place via a free cooling section.
  • the cutting station comprises at least one means for trimming the longitudinal edges of the Composite material, for example, a trimming scissors.
  • the straightening station comprises at least one means for smoothing the composite material, for example a straightening machine.
  • the inspection station comprises at least one means for testing the composite material in terms of surface, flatness, flatness and / or
  • Geometry error for example a measuring system with an evaluation unit.
  • Coating station comprises at least one means for coating the
  • Composite material for example, an electrostatic coating system.
  • the laminating / laminating calendering unit comprises at least one laminating / laminating calendering station, preferably two laminating laminating / calendering stations.
  • the at least first laminating lamination calendering station comprises at least one means for
  • each individual station comprises at least one means for laminating-laminating-calendering, preferably each one co-rotating
  • Laminating rollers The construction of Kaschierwalzencrus is compact and relatively easy to use and compared to the use of double belt presses cheaper.
  • the invention relates to a use of a material composite produced according to at least one embodiment of the method according to the invention for producing a component, in particular for vehicle construction, preferably as a body part of a vehicle, in particular as part of a
  • Body component or as a chassis part of a vehicle, in particular as part of a chassis component, particularly preferred for passenger cars,
  • the composite material produced according to the invention can be used as a component for the ship, aircraft, plant, mechanical engineering, household goods or construction sector.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an illustrative drawing. Identical parts are provided with the same reference numerals. It shows
  • Figure 1 a first embodiment of an apparatus for producing a
  • Figure 2 a second embodiment of an apparatus for producing a
  • Figure 3 a third embodiment of an apparatus for producing a
  • Figure 4 a fourth embodiment of an apparatus for producing a
  • FIG. 1) shows a schematic representation of a first exemplary embodiment of a device (1) according to the invention for producing a composite material (2).
  • the composite material (2) has at least two layers of a metallic material and at least one layer of a polymer matrix material arranged between the two metallic layers.
  • Aluminum, magnesium or steel material are suitable as first and / or second metal strip (3, 4) and a polymer matrix material based on thermosetting or thermoplastic, for example, also filled and / or reinforced, as a polymer film (5) are used.
  • Preferred polymers are, for example, systems based on PA, PE, PP and / or mixtures thereof and also polyesters and / or polyacrylates.
  • a coated steel material is used with a zinc-based coating which is, for example, electrolytically coated.
  • a combination of different metallic materials is conceivable.
  • a first material in the form of a wound on a collar first metal strip (3), a second material in the form of a wound on a collar second metal strip (4) and a third material in the form of a coiled on a coil polymer film (5) are provided and the Production process via means for unwinding (6, 7, 8) of a bundle wound first and second metal strip (3, 4) and wound on a bundle polymer film (5) continuously to preheating with means for preheating (9, 10, 11) of the metal strips (3, 4) and the polymer film (5) fed.
  • the process direction is indicated by an arrow.
  • the preheating units (9, 10, 11) comprise means, for example inductor, conductor convector and / or infrared / laser / LED radiators and are in particular arranged within an enclosure, which then act as a continuous furnace.
  • other heating systems are possible, for example with recirculation-operated
  • the preheating of the metal strips (3, 4) takes place, for example, in continuous furnaces (9, 10) for at least one preheating temperature, which depending on the nature of the metallic material used between room temperature and
  • Decay temperature of the coating in particular between 150 ° C and 275 ° C may be and the preheating of the polymer film (5), for example, in a
  • Preheating for example, in a mixture of PE and PA between room temperature and 150 ° C, in particular between room temperature and 125 ° C, preferably between room temperature and 100 ° C, to a sufficient temperature for the subsequent lamination laminating calendering step
  • the means for laminating the metal strips (3, 4) with the polymer film (5) to produce a composite material (2) under pressure and / or temperature comprise at least one laminating lamination calendering station (12.1) with a laminating gap (12.12). forming laminating roller pair (12.11).
  • the laminating roller pair (12.11) which can be driven by means not shown, receives the preheated metal strips (3, 4) and the preheated polymer film (5) fed between the metal strips (3, 4) and laminates or joins them to form a composite material ( 2).
  • the clear width of the laminating gap (12.12) during the laminating-laminating-calendering process corresponds at most to the sum of the respective thicknesses of the metal strips (3, 4) and the polymer film (5) in the delivery state, preferably the inside width is lower to a defined Apply pressure to the composite material to be produced for laminating, laminating and calendering.
  • preheating the metal strips (3, 4) to at least one preheating temperature, in particular for activating the conditioning, preferably of the adhesion promoter and / or adhesive system and / or conditioning agent, and preheating the polymer film (5) to at least one preheating temperature, in particular for activation Become the required
  • the composite material (2) in the laminating lamination calender Station (12) is generated. If, for example, the required temperatures, depending on the nature of the tapes and films to be joined, can not be adjusted by the preheating units, the laminating roller pair can have tempering means, not shown here, in order to be able to provide the required heat / temperature.
  • Composite material (2) continuously supplied to a cooling unit (13), which at least one cooling station (13.1) with at least one means for cooling the composite material (2), for example an air cooler, which
  • Composite material (2) cools such that in the further process steps
  • the cooling unit may also be designed as a free air gap.
  • the composite material (2) leaves the cooling unit (13) at a temperature below 100 ° C.
  • drivers should be considered in order to ensure a continuous process can.
  • at least the laminating lamination calendering station (12.1) be designed, which, as already described above, an actively driven Kaschierwalzencru (12.11).
  • the means for guiding are provided with the reference numeral (27), in particular for deflecting the metal bands (3, 4), wherein as a further means for guiding the previously described units (6, 7, 8, 12) can be considered.
  • the cooled composite material (2) is continuously fed either to a means for cutting (14) of the composite material (2) into sheets, such as a drum shears, or a means for coiling (15) of the composite material (2) into a collar.
  • the first and the second metal strip (3, 4) pass through at least one each between the uncoiling and the preheating units (9, 10) in order to make the production of material composites (2) even more cost-effective and to further optimize and in particular to increase the degree of automation Pre-treatment unit (16, 17), wherein the first metal strip (3) at least one side in a first pretreatment unit (16) in a conditioning station (16.1) and the second metal strip (4) at least one side in a second pretreatment unit (17) in a conditioning station (17.1 ) are conditioned and the respective conditioned sides of the metal strips in the laminating unit (12) with the
  • Plastic film (5) are brought into contact and connected to each other.
  • Conditioning stations (16.1, 17.1) comprise means for applying a
  • the at least one-sided coating (16.11, 17.11) of the metal strips (3, 4) particularly preferably by means of coil coating with a bonding agent and / or adhesive system and / or
  • the coating thickness of the applied wet film is between 0.001 and 0.1 mm, in particular between 0.001 and 0.05 mm, preferably between 0.001 and 0.03 mm, particularly preferably between 0.001 and 0.02 mm.
  • the alternative or cumulative at least one-sided activation of the metal strips (3, 4) is preferably carried out by means of plasma for chemical, mechanical and / or physical adjustment of the adhesion as well as the forming and / or sliding properties of the composite material (2).
  • Figure 2 shows a second embodiment of an inventive device () for producing a composite material (2) in a schematic view.
  • the individual stations of the device (1) of the first embodiment can also be found in the second embodiment, but with the difference that the metal strips (3, 4) in the pretreatment units (16, 17) before
  • Conditioning station (16.1, 17.1) in each case at least one straightening station (20, 21), which compensates for the stresses contained in the metal strip (3, 4), which can lead to a rippling in the unwound state, by stretch bending application can be, so that the further process steps, a flat metal strip (3, 4) can be supplied.
  • the metal bands (3, 4) each pass through an intersection station (22, 23) in which the metal bands (3, 4) are trimmed continuously along their longitudinal edges in order to produce a metal band (3, 3) for the further process steps. 4) with a defined width and / or a defined edge alignment.
  • the metal strips (3, 4) each pass through a cleaning station (24, 25) in which the metal strips (3, 4), in particular the surfaces, clean and / or degrease the metal strips (3, 4) in order to be able to provide at least one clean surface for the activation and / or coating of the metal strips (3, 4) in the conditioning station (16.1, 17.1).
  • the metal strips (3, 4) each pass through at least one drying station (18, 19), in which preferably usually applied in liquid form adhesion promoter and / or the adhesive system and / or
  • the pre-heated metal strips (3, 4) and the preheated plastic foil (5) are continuously fed to a laminating laminating calendering unit (12 ') for producing a composite material (2).
  • the laminating / laminating calendering unit (12 ') comprises at least one laminating lamination calendering station (12'.1) with a pair of laminating rollers (12'.11) forming a laminating nip (12'.12), which comprises the
  • preheated metal strips (3, 4) and the between the metal strips (3, 4) supplied preheated polymer film (5) receives and conceals them such that the metal strips (3, 4) the metallic outer layers and the polymer film (5)
  • the laminating laminating calendering unit (12 ') further comprises at least one means for
  • Preheat temperature of the polymer film (5) in particular between 100 ° C and 300 ° C may be to the core layer between the metallic outer layers
  • Composite material (2) is then continuously at least one cooling unit (13), which a first cooling station (13.1), for example, an air cooler, in which the composite material (2) is cooled selectively to a first temperature, and a second cooling station (13.2), for example an air cooler, in which the composite material (2) is further cooled specifically to a second temperature, which is lower than the first, comprises.
  • a first cooling station (13.1) for example, an air cooler, in which the composite material (2) is cooled selectively to a first temperature
  • a second cooling station (13.2) for example an air cooler, in which the composite material (2) is further cooled specifically to a second temperature, which is lower than the first
  • Post-processing steps are supplied, in particular to ensure that further subsequent stations are not thermally stressed.
  • the cooled composite material (2) is fed to a post-processing unit (26) comprising at least one cutting station (26.1) with at least one means for trimming the longitudinal edges of the composite material (2), for example a trimming scissors, a straightening station (26.2) with at least one smoothing means the composite material (2), for example a straightening machine, an inspection station (26.3) with at least one means for testing the composite material (2) with respect to surface,
  • Flatness, flatness and / or geometry errors for example a measuring system with an evaluation unit, a coating station (26.4) with at least one means for coating the composite material (2), for example an electrostatic
  • the composite material (2) After passing through the post-processing unit (26), the composite material (2) can either be tabulated into sheets or wound up into a bundle.
  • FIG. 3 shows a third embodiment of a device (1 ") according to the invention for producing a composite material (2) in a schematic view, also in this embodiment, the individual stations of the first and the second embodiment can be found again and it is therefore only on the
  • the laminating calendering unit (12 ) includes, in addition to the already in the second
  • the preheated second metal strip (4) and the preheated polymer film (5) are fed to a first laminating lamination calendering station (12 ".1) which comprises a first pair of laminating rollers (12" .11) forming a laminating nip (12 ".12).
  • the metal-polymer composite (2 ') passes through after the first laminating a
  • Nachracermstation (12 ".33) for reheating or heating of the metal-polymer composite (2 ') to at least one heating temperature, which is higher than the preheating temperature of the polymer film (5), in preparation for a second laminating laminating calendering - Polymer composite (2 ') and the preheated first metal strip (3) are a second laminating laminating calendering station (12 ".2), which has a second laminating roller pair (12" .21) forming a laminating gap (12 ".22) , fed continuously and are laminated to a composite material (2) or connected
  • Composite material (2) is produced in two laminating lamination calendering stations (12 “.1, 12” .2).
  • the Nachissermstationen (12 “.31, 12” .32) and Nachkaschierstationen (12 “.41, 12” .42) can be omitted if necessary.
  • FIG. 4 A fourth exemplary embodiment of a device (1 "') according to the invention is shown in Figure 4. Only a part of the device (1"') is shown which differs from the previously described embodiments in that, in particular, the first metal strip (3), which in the course of producing the composite material (2) forms the upper metallic outer layer, between the
  • Unwinding and the preheating unit (9) passes through a pretreatment unit (16) in which the metal strip (3) is conditioned at least on one side in a conditioning station (16.1), preferably coated with an adhesion promoter and / or adhesive system and / or conditioning substance, the
  • Conditioned cloth is continuously fed, the metal strip (3) is heated in the preheating unit (9) and then fed to a laminating laminating calendering unit (12 "') comprising at least one laminating lamination calendering station ( 12 "'. 1).
  • a continuous guidance of the metal strip (3) via corresponding means (27) takes place at least between the conditioning station (16.1) and the laminating-laminating calendering unit (12 "') such that the
  • Conditioned, preferably coated with a primer and / or adhesive system and / or conditioning fabric side (16.11) of the metal strip (3) does not come into contact with the means for guiding (27), thereby contamination of the means (27) by a possible Adherence of conditioning components as well as contamination or damage, for example by partial detachment of the bonding agent and / or adhesive system and / or conditioning, the conditioned side (16.11) of the metal strip (3) exclude.
  • the reference symbol (28) symbolizes a separating / threading station which comprises means for completely severing the metal strip (3) and means for threading the separated metal strip (3). Among others, at the separating / threading station
  • Auxiliary memory (buffer) and / or handling systems may be provided.
  • Conditioning preferably the coated adhesion promoter and / or the coated adhesive system and / or the coated conditioning agent by means of dryers (18) suitably dried or dried and initially wound on a means for coiling (29), shown here in dashes.
  • dryers suitably dried or dried and initially wound on a means for coiling (29), shown here in dashes.
  • Suitably dried means that the layers do not bond with one another during coiling or do not adhere or are damaged. In this phase, no preheating takes place in the preheating unit (9).
  • the laminating / laminating calendering unit (12 "') can be a laminating laminating calendering station (12"'. 1) with a laminating gap (12 "'. 12)
  • the invention is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the inventive concept is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the inventive concept is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the inventive concept is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the inventive concept is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the inventive concept is not limited to the embodiments, but may also include further embodiments.
  • the layers for producing a composite material are not limited to three, but the layer structure is arbitrary. , 1 ', 1 ", V" device

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) aufweisend mindestens zwei Lagen (3,4) aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix-Werkstoff (5) umfassend folgende Schritte: Bereitstellen zweier Metallbunde (6,7), und einen Bund (8) mit einer Polymerfolie, Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder (3,4) und der Polymerfolie (5) zu jeweils einer Vorwärmeinheit, Vorwärmen der Metallbänder (3,4) und der Polymerfolie (5) in den Vorwärmeinheiten (9,10,11) und kontinuierliches Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur, anschließendes Zuführen des Verbundes (2) zu mindestens einer Abkühleinheit (13) und/oder mindestens einer Nachbearbeitungseinheit (14) und abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund wobei das erste und das zweite Metallband (3,4) zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheiten (9,10,11) mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen in einer Konditionierungsstation (16.1, 17.1 ) und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder (3,4) in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12) mit der Polymerfolie (5) in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes sowie dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines ersten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes, eines zweiten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes und eines dritten Werkstoffs in Form einer auf einem Bund
aufgewickelten Polymerfolie,
Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder und der
Polymerfolie zu jeweils einer Vorwärmeinheit,
Vorwärmen der Metallbänder und der Polymerfolie in den Vorwärmeinheiten auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur und kontinuierliches Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur,
anschließendes kontinuierliches Zuführen des Werkstoffverbundes zu mindestens einer Abkühleinheit und/oder mindestens einer Nachbearbeitungseinheit und
abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff umfassend
Mittel zum Abhaspeln eines auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten
Metallbandes und einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie,
Mittel zum Vorwärmen der Metallbänder und der Kunststofffolie,
Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren der Metallbänder mit der Polymerfolie zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur,
Mittel zum Abkühlen und/oder Nachbearbeiten des Werkstoffverbundes,
Mittel zum Antreiben und/oder Führen der Metallbänder, der Kunststofffolie und/oder des Werkstoffverbundes und Mittel zum Ablängen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung des Werkstoffverbundes.
In der internationalen Offenlegung WO 2009/043777 AI der Anmelderin sind ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Sandwichverbundwerkstoffs aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff offenbart. In der Figur 3 ist dargestellt, dass ein erster Werkstoff in Form eines auf einem Coil aufgewickelten Metallbandes, ein zweiter Werkstoff in Form eines auf einem Coil aufgewickelten Metallbandes und ein dritter Werkstoff in Form einer auf einem Coil aufgewickelten Polymerfolie bereitgestellt werden, welche abgehaspelt und
kontinuierlich jeweils einer Vorwärmeinheit zugeführt werden, in welchen die
Metallbänder und der Kunststofffolie auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur vorgewärmt werden und kontinuierlich zu einer Kaschiereinheit (Doppelbandpresse) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur zugeführt werden. Anschließend wird der Werkstoffverbund kontinuierlich mindestens einer Abkühleinheit und/oder einer Nachbearbeitungseinheit zugeführt und abschließend zu Blechen abgelängt oder zu einem Coil aufgehaspelt. Zur Verbesserung der
Haftungseigenschaften zwischen dem Polymermatrix-Werkstoff und dem/den metallischen Werkstoff(en) innerhalb des Sandwichwerkstoffs ist vorgeschlagen, einen Haftlack, welcher im Coating-Verfahren appliziert werden kann, auf das Metallblech aufzutragen. Demnach werden für das Herstellen von Werkstoffverbunden Metallbänder vorgesehen, welche bereits mit einer Haftlack/Haftvermittlerschicht beschichtet sind.
Derartige Konditionierungen erfolgen außerhalb des kontinuierlichen
Kaschierprozesses. Daher lassen sich Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Werkstoffverbunden noch wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren, wobei der Automatisierungsgrad erhöht werden kann. Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Herstellen eines Werkstoffverbundes bereit zu stellen, mit welchen die Wirtschaftlichkeit und der Produktionsprozess weiter optimiert und insbesondere der Automatisierungsgrad erhöht werden kann. Die Aufgabe wird gemäß eines erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass das erste und das zweite Metallband zwischen dem Abhaspeln und der Vorwärmeinheiten mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen, das erste Metallband zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit in einer
Konditionierungsstation und das zweite Metallband zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschier-Laminier-Kalandrier- Einheit mit der Polymerfolie in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht nicht mehr die Notwendigkeit, dass die Metallbänder getrennt in vorgelagerten Prozessen konditioniert zu werden brauchen, wobei neben den Haftungseigenschaften im Werkstoffverbund auch Umform- und Gleiteigenschaften des Werkstoffverbundes positiv beeinflusst werden können. Mit der Integration der Konditionierung der Metallbänder in den kontinuierlichen Kaschier- Laminier-Kalandrier-Prozess zum Herstellen von Werkstoffverbunden lässt sich der Produktionsprozess im Vergleich zum bekannten Stand der Technik noch
wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren und gleichzeitig kann der
Automatisierungsgrad erhöht werden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder in den Konditionierungsstationen mittels Auftragen, insbesondere mittels Sprühen, mittels Aufrakeln oder vorzugsweise mittels Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtet und/oder chemisch und/oder physikalisch, vorzugsweise mittels Plasma, aktiviert. Die zumindest einseitige Beschichtung der Metallbänder im Coating-Verfahren mit einem
Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff ist besonders bevorzugt, da die Beschichtung bei niedrigen Toleranzen reproduzierbar und
wirtschaftlich aufgetragen werden kann. Die Beschichtungsdicke des aufgetragenen Nassfilms liegt zwischen 0,001 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,001 und 0,05 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,03 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,02 mm. Die alternative oder kumulative zumindest einseitige Aktivierung der
Metallbänder erfolgt vorzugsweise mittels Plasma zur chemischen, mechanischen und/oder physikalischen Einstellung der Haftungs- wie auch der Umform- und/oder Gleiteigenschaften.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen die Metallbänder nach der Konditionierungsstation eine Trocknungsstation. Nach der Aktivierung und/oder vorzugsweise nach der Beschichtung der Metallbänder mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff durchläuft das Metallband mindestens eine Trocknungsstation, in welcher der vorzugsweise in der Regel in flüssiger Form aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und vorzugsweise unterhalb der Zersetzungstemperatur des eingesetzten Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff getrocknet wird, um sicher zu stellen, dass der aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff auf dem Metallband verbleibt, welches dann den weiteren
Prozessschritten sicher zugeführt werden kann. Eine Trocknung kann beispielsweise bei einer Plasmabehandlung entfallen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchlaufen die Metallbänder in den Vorbehandlungseinheiten vor der Konditionierungsstation mindestens eine Rieht-, eine Schnitt- und/oder eine Reinigungsstation. In der
Richtstation, welche insbesondere in Prozessrichtung gesehen hinter dem Abhaspeln der Metallbänder (Abhaspelstation) angeordnet ist, können die in dem Metallband enthaltenen Spannungen, die zu einer Welligkeit im abgewickelten Zustand führen können, durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden, so dass den weiteren Prozessschritten ein Metallband mit definierter Planlage zugeführt werden kann. In der Schnittstation können die Metallbänder kontinuierlich entlang ihrer Längskanten besäumt werden, um den weiteren Prozessschritten ein Metallband mit einer definierten Breite und/oder definierten Bandkantenausführung zuführen zu können. In der Reinigungsstation können die Metallbänder, insbesondere die
Oberflächen der Metallbänder gereinigt und/oder entfettet werden, um zumindest eine saubere Oberfläche für die Aktivierung und/oder Beschichtung der Metallbänder in der Konditionierungsstation bereitstellen zu können. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Werkstoffverbund nach der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit in der Abkühleinheit in mindestens einer Abkühlstation, insbesondere in zwei Abkühlstationen gezielt abgekühlt. In der mindestens einen Abkühlstation kann die Abkühlung aktiv über geeignete Mittel erfolgen oder passiv, beispielsweise über eine freie Luftstrecke erfolgen. Durch eine Abkühlung in mindestens einer Abkühlstation kann der
Werkstoffverbund den weiteren Prozessschritten zugeführt werden, insbesondere um sicher zu stellen, dass weitere Stationen nicht thermisch beansprucht werden, verlässt der Werkstoffverbund die Abkühleinheit mit einer Temperatur unterhalb von 100°C.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchläuft der Werkstoffverbund in der Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Rieht-, eine Inspektions- und/oder eine Beschichtungsstation. In der Schnittstation kann der Werkstoffverbund kontinuierlich entlang seinen Längskanten besäumt werden, um dem Werkstoffverbund eine definierte Breite und/oder eine definierte Kantenausrichtung verleihen zu können. In der Richtstation können die im Werkstoffverbund durch die in den Prozessschritten unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck erzeugten Spannungen durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden, um dem Werkstoffverbund eine hohe Maßhaltigkeit und Planheit und/oder Ebenheit verleihen zu können. In der Inspektionsstation kann der Werkstoffverbund hinsichtlich Oberflächen-, Ebenheit-, Planheit- und/oder Geometriefehler überprüft werden, um bei Auftreten eines entsprechenden Fehlers, diese beispielsweise mit Mitteln automatisch klassifizieren und dokumentieren zu können. In der
Beschichtungsstation kann der Werkstoffverbund beispielsweise mit einer
Schutzschicht, einer Haftvermittlerschicht, einer Lackschicht und/oder ein
Umformhilfsmittelschicht, vorzugsweise mit einem Korrosionsschutzöl beschichtet werden, um einen temporären Korrosionsschutz, mindestens bis zur
Weiterverarbeitung des Werkstoffverbundes bereitstellen zu können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine kontinuierliche Führung des ersten und/oder des zweiten Metallbandes über
entsprechende Mittel zumindest zwischen der Konditionierungsstation und der
Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit vorzugsweise derart, dass die konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder ein Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtete Seite des Metallbandes nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen kommt, um dadurch eine Verschmutzung der Mittel durch ein mögliches Anhaften von Konditionierungsbestandteilen sowie eine Verunreinigung oder Beschädigung, beispielsweise durch teilweises Ablösen des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff, der konditionierten Seite des
Metallbandes auszuschließen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt, dass der Werkstoffverbund in einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station erzeugt wird.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem ersten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar und eine zweite Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem zweiten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt, dass in der ersten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station das zweite
Metallband mit der Polymerfolie zu einem Metall-Polymerverbund verbunden wird und in der zweiten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station der Metall-Polymerverbund mit dem ersten Metallband zu einem Werkstoffverbund verbunden wird, wobei der
Werkstoffverbund in zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen erzeugt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff als erstes und/oder zweites Metallband und eine duroplastische oder thermoplastische Polymermatrix als Polymerfolie, wobei die Polymermatrix verstärkt und/oder verfüllt sein kann. Bevorzugte Polymere können beispielsweise Systeme auf Basis PA, PE, PP und/oder deren Mischungen sowie
Polyester und/oder Polyacrylate. Wird ein Stahlwerkstoff verwendet, ist dieser beschichtet, beispielsweise anorganisch und/oder organisch beschichtet. Vorzugsweise wird eine metallische Korrosionsschutzschicht als Beschichtung vorgesehen, insbesondere auf Basis von vorzugsweise Zink, und/oder Mischungen mit Aluminium und/oder Magnesium, welche im Schmelztauch- oder besonders bevorzugt im elektrolytischen Abscheideverfahren auf den Stahlwerkstoff aufgebracht wurde.
Alternativ sind beispielsweise auch verzinnte und/oder verchromte Stahlbänder denkbar. Die Materialdicke des ersten und/oder des zweiten Metallbandes beträgt höchstens 1,5 mm, insbesondere höchstens 1,0 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm und besonders bevorzugt höchstens 0,35 mm und die Materialdicke der Polymerfolie beträgt höchstens 20,0 mm, insbesondere höchstens 15,0 mm, vorzugsweise höchstens 10,0 mm, besonders bevorzugt höchstens 5,0 mm. Die Metallbänder weisen jeweils eine Materialdicke von mindestens 0,05 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm und die Polymerfolie weist eine Materialdicke von mindestens 0,02 mm, insbesondere mindestens 0,05 mm, vorzugsweise mindestens 0,1 mm auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Vorrichtung Mittel zum Vorbehandeln zumindest des ersten und des zweiten Metallbandes umfasst, wobei die Mittel zur Vorbehandlung eine erste
Vorbehandlungseinheit mit einer ersten Konditionierungsstation zum zumindest einseitigen Konditionieren des ersten Metallbandes und eine zweite
Vorbehandlungseinheit mit einer Konditionierungsstation zum zumindest einseitigen Konditionieren des zweiten Metallbandes umfasst.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Konditionierung der Metallbänder im kontinuierlichen Kaschier-Laminier-Kalandrier-Prozess zum Herstellen von
Werkstoffverbunden integriert, so dass sich der Produktionsprozess wirtschaftlicher auslegen und weiter optimieren lässt und insbesondere der Automatisierungsgrad erhöht werden kann.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Konditionierungsstationen Mittel zum Auftragen einer Beschichtung, insbesondere Mittel zum Sprühen, Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten eines Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes und/oder Mittel zum chemischen und/oder physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma. Coater können wirtschaftlich und reprozierbar zur zumindest einseitigen Beschichtung von Metallbändern verwendet werden. Alternativ oder kumulativ können Plasma-Vorrichtungen verwendet werden, die beispielsweise bei Atmosphärendruck arbeiten und die Metallbänder zumindest einseitig prozesssicher und reproduzierbar aktivieren können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Vorrichtung für die Metallbänder jeweils mindestens eine Trocknungsstation. Die Trocknungsstation, welche insbesondere in Prozessrichtung gesehen hinter der
Konditionierungsstation der Metallbänder angeordnet ist, umfasst mindestens eine Wärmevorrichtung zum Trocknen des vorzugsweise in der Konditionierungsstation in flüssiger Form aufgetragenen Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff, beispielsweise einen Umlufttrockner.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Vorbehandlungseinheiten jeweils mindestens eine Rieht-, Schnitt- und/oder
Reinigungsstation. Die Richtstation umfasst mindestens ein Mittel zum Glätten des abgehaspelten Metallbandes, vorzugsweise eine Richtmaschine. Die Schnittstation umfasst mindestens ein Mittel zum Besäumen der Längskanten des Metallbandes, beispielsweise eine Besäumschere. Die Reinigungsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Reinigen und/oder Entfetten des Metallbandes, beispielsweise eine Bürste zum mechanischen Reinigen und/oder vorzugsweise eine Anlage zum chemischen Reinigen mit einer Vorrichtung zum Beaufschlagen oder Eintauchen des Metallbandes mit einer oder in einer Lösung aus Chemikalien, einer Spülvorrichtung zum Spülen des mit der Lösung behafteten Metallbandes und ggf. einer Trockeneinrichtung zur Trocknung des gespülten Metallbandes.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Abkühleinheit mindestens eine Abkühlstation und/oder die Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Rieht-, eine Inspektions- und/oder eine
Beschichtungsstation. Die Abkühlstation umfasst mindestens ein (aktives) Mittel zum Abkühlen des Werkstoffverbundes, beispielsweise einen Luftkühler. Alternativ kann auch eine passive Abkühlung, beispielsweise über eine freie Kühlstrecke erfolgen. Die Schnittstation umfasst mindestens ein Mittel zum Besäumen der Längskanten des Werkstoffverbundes, beispielsweise eine Besäumschere. Die Richtstation umfasst mindestens ein Mittel zum Glätten des Werkstoffverbundes, beispielsweise eine Richtmaschine. Die Inspektionsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Prüfen des Werkstoffverbundes hinsichtlich Oberflächen-, Ebenheit-, Planheit- und/oder
Geometriefehler, beispielsweise ein Messsystem mit einer Auswerteeinheit. Die
Beschichtungsstation umfasst mindestens ein Mittel zum Beschichten des
Werkstoffverbundes, beispielsweise ein elektrostatisches Beschichtungssystem.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier- Station, vorzugsweise zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen. Die mindestens erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station umfasst mindestens ein Mittel zum
Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren mindestens eines Metallbandes mit einer
Polymerfolie, vorzugsweise ein gleichläufiges Kaschierwalzenpaar. Bei zwei Kaschier- Laminier-Kalandrier-Stationen umfasst jede einzelne Station mindestens ein Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren, vorzugsweise jeweils ein gleichläufiges
Kaschierwalzenpaar. Der Aufbau des Kaschierwalzenpaars ist kompakt und relativ einfach bedienbar und im Vergleich zum Einsatz von Doppelbandpressen günstiger.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung eines nach mindestens einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Werkstoffverbundes zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere für den Fahrzeugbau, vorzugsweise als Karosserieteil eines Fahrzeugs, insbesondere als Teil einer
Karosseriekomponente oder als Fahrwerkteil eines Fahrzeugs, insbesondere als Teil einer Fahrwerkkomponente, besonders bevorzugt für Personenkraftwagen,
Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Busse, Omnibusse, ob mit
Verbrennungsmotor und/oder elektrischem Antrieb, aber auch in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons. Ferner kann der erfindungsgemäß hergestellte Werkstoffverbund als Bauteil für den Schiff-, Flugzeug-, Anlagen-, Maschinenbau, Haushaltswaren oder Bausektor verwendet werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt
Figur 1): ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht,
Figur 2): ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht,
Figur 3): ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht und
Figur 4) : ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Herstellen eines
Werkstoffverbundes in einer schematischen Ansicht.
In Figur 1) ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht dargestellt. Der Werkstoffverbund (2) weist mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei metallischen Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff auf. Aluminium-, Magnesiumoder Stahlwerkstoff eignen sich als erstes und/oder zweites Metallband (3, 4) und ein Polymermatrix-Werkstoff auf duroplastischer oder beispielsweise thermoplastischer Basis, beispielsweise auch verfüllt und/oder verstärkt, als Polymerfolie (5) verwendet werden. Bevorzugte Polymere sind beispielsweise Systeme auf Basis PA, PE, PP und/oder deren Mischungen sowie Polyester und/oder Polyacrylate. Vorzugsweise wird ein beschichteter Stahlwerkstoff mit einer Beschichtung auf Zink-Basis verwendet, welcher beispielsweise elektrolytisch beschichtet ist. Auch eine Kombination aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen ist denkbar. Ein erster Werkstoff in Form eines auf einem Bund aufgewickelten ersten Metallbandes (3), ein zweiter Werkstoff in Form eines auf einem Bund aufgewickelten zweiten Metallbandes (4) und ein dritter Werkstoff in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie (5) werden bereitgestellt und dem Herstellungsprozess über Mittel zum Abhaspeln (6, 7, 8) des auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten Metallbandes (3, 4) und der auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie (5) kontinuierlich jeweils zu Vorwärmeinheiten mit Mitteln zum Vorwärmen (9, 10, 11) der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5) zugeführt. Die Prozessrichtung ist durch einen Pfeil angedeutet.
Die Vorwärmeinheiten (9, 10, 11) umfassen Mittel, beispielsweise Induktor-, Konduktor- Konvektor- und/oder Infrarot/Laser/LED-Strahler und sind insbesondere innerhalb einer Einhausung angeordnet, wobei diese dann als Durchlaufofen fungieren. Alternativ sind auch andere Aufheizsysteme möglich, beispielsweise mit Umluft-betriebene
Systeme.
Das Vorwärmen der Metallbänder (3, 4) erfolgt beispielsweise in Durchlauföfen (9, 10) auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur, welche je nach Beschaffenheit des verwendeten metallischen Werkstoffs zwischen Raumtemperatur und
Zersetzungstemperatur der Beschichtung, insbesondere zwischen 150°C und 275°C liegen kann und das Vorwärmen der Polymerfolie (5) beispielsweise in einem
Durchlaufofen (11) je nach verwendetem Polymermatrix-Werkstoff, bei
Vorwärmtemperaturen beispielweise bei einer Mischung aus PE und PA zwischen Raumtemperatur und 150°C, insbesondere zwischen Raumtemperatur und 125°C, vorzugsweise zwischen Raumtemperatur und 100°C erfolgt, um eine ausreichende Temperatur für den nachfolgenden Kaschier-Laminier-Kalandrier-Schritt
bereitzustellen. Die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die vorgewärmte
Polymerfolie (5) werden nach Verlassen der Durchlauföfen (9, 10, 11) kontinuierlich einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12) zur Erzeugung eines
Werkstoffverbundes (2) zugeführt. Die Mittel zum Kaschieren der Metallbänder (3, 4) mit der Polymerfolie (5) zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) unter Druck und/oder Temperatur umfassen mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12.1) mit einem einen Kaschierspalt (12.12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12.11). Das Kaschierwalzenpaar (12.11), das mit nicht dargestellten Mitteln antreibbar ist, nimmt die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die zwischen den Metallbändern (3, 4) zugeführte vorgewärmte Polymerfolie (5) auf und kaschiert bzw. verbindet diese zu einem Werkstoffverbund (2). Die Walzen des Kaschierwalzenpaares (12.11) sind beispielsweise mittels nicht dargestellten Mitteln gegeneinander oder auseinander verfahrbar, symbolisiert durch einen dargestellten Doppelpfeil, wodurch der Abstand zwischen dem Kaschierwalzenpaar (12.11) variiert werden kann und damit die lichte Weite des Kaschierspaltes (12.12) nach Bedarf eingestellt werden kann. Die lichte Weite des Kaschierspaltes (12.12) während des Kaschier-Laminier-Kalandrier-Prozesses entspricht höchstens der Summe der jeweiligen Dicken der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5) im Anlieferungszustand, vorzugsweise ist die lichte Weite geringer, um einen definierten Druck auf den zu erzeugenden Werkstoffverbund zum Kaschieren- Laminieren-Kalandrieren auszuüben. Durch das Vorwärmen der Metallbänder (3, 4) auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur, insbesondere zum Aktivieren der Konditionierung, vorzugsweise des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes, und das Vorwärmen der Polymerfolie (5) auf mindestens eine Vorwärmtemperatur, insbesondere zum Aktivieren, werden die erforderlichen
Temperaturen zum Verbinden des ersten Metallbandes (3) mit der Polymerfolie (5) und dem zweiten Metallband (4) alternativ oder kumulativ zu dem aufgebrachten Druck zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren bereitgestellt, wobei der Werkstoffverbund (2) in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12) erzeugt wird. Falls die beispielsweise erforderlichen Temperaturen je nach Beschaffenheit der miteinander zu verbindenden Bänder und Folien nicht durch die Vorwärmeinheiten eingestellt werden können, kann das Kaschierwalzenpaar Mittel zum Temperieren, hier nicht dargestellt, aufweisen, um die erforderliche Wärme/Temperatur bereitstellen zu können.
Nach dem Verlassen der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12) wird der
Werkstoffverbund (2) kontinuierlich einer Abkühleinheit (13) zugeführt, welche mindestens eine Abkühlstation (13.1) mit mindestens einem Mittel zum Abkühlen des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise einem Luftkühler, welches den
Werkstoffverbund (2) derart abkühlt, dass in den weiteren Prozessschritten
insbesondere sichergestellt werden kann, dass weitere Stationen nicht thermisch beansprucht werden. Alternativ kann die Abkühleinheit auch als freie Luftstrecke ausgebildet sein. Beispielsweise verlässt der Werkstoffverbund (2) die Abkühleinheit (13) mit einer Temperatur unterhalb von 100°C. Wie die Mittel zum Antreiben der Metallbänder (3, 4), der Polymerfolie (5) und/oder des Werkstoffverbundes (2) ausgebildet sind, weiß der Fachmann, insbesondere an welchen Stellen in der
Prozesskette beispielsweise sogenannte Treiber berücksichtigt werden sollen, um eine kontinuierlichen Prozess sicherstellen zu können. Als ein Mittel zum Antreiben kann zumindest die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12.1) ausgelegt sein, welche, wie bereits zuvor beschrieben, ein aktiv angetriebenes Kaschierwalzenpaar (12.11) aufweist. Die Mittel zum Führen sind mit dem Bezugszeichen (27), insbesondere zum Umlenken der Metallbänder (3, 4) versehen, wobei als weitere Mittel zum Führen auch die bereits zuvor beschriebenen Einheiten (6, 7, 8, 12) angesehen werden können.
Abschließend wird der abgekühlte Werkstoffverbund (2) kontinuierlich entweder einem Mittel zum Ablängen (14) des Werkstoffverbundes (2) zu Blechen, beispielsweise einer Trommelschere, oder einem Mittel zum Aufhaspeln (15) des Werkstoffverbundes (2) zu einem Bund zugeführt.
Um das Herstellen von Werkstoffverbunden (2) noch wirtschaftlicher auszulegen und weiter zu optimieren und insbesondere den Automatisierungsgrad erhöhen zu können, durchlaufen erfindungsgemäß das erste und das zweite Metallband (3, 4) zwischen dem Abhaspeln und den Vorwärmeinheiten (9, 10) mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit (16, 17), wobei das erste Metallband (3) zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit (16) in einer Konditionierungsstation (16.1) und das zweite Metallband (4) zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit (17) in einer Konditionierungsstation (17.1) konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschiereinheit (12) mit der
Kunststofffolie (5) in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden. Die
Konditionierungsstationen (16.1, 17.1) umfassen Mittel zum Auftragen einer
Beschichtung (16.11, 17.11), insbesondere zum Sprühen, zum Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff, und/oder Mittel zum chemischen und/oder
physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma. Die zumindest einseitige Beschichtung (16.11, 17.11) der Metallbänder (3, 4) besonders bevorzugt mittels Coil- Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder
Konditionierungsstoff, kann bei niedrigen Toleranzen reproduzierbar und wirtschaftlich aufgetragen werden. Die Beschichtungsdicke des aufgetragenen Nassfilms liegt zwischen 0,001 und 0,1 mm, insbesondere zwischen 0,001 und 0,05 mm, vorzugsweise zwischen 0,001 und 0,03 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,001 und 0,02 mm. Die alternative oder kumulative zumindest einseitige Aktivierung der Metallbänder (3, 4) erfolgt vorzugsweise mittels Plasma zur chemischen, mechanischen und/oder physikalischen Einstellung der Haftungs- wie auch der Umform- und/oder Gleiteigenschaften des Werkstoffverbundes (2).
Figur 2) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ( ) zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht. Die einzelnen Stationen der Vorrichtung (1) des ersten Ausführungsbeispiels sind auch in dem zweiten Ausführungsbeispiel wiederzufinden, jedoch mit dem Unterschied, dass die Metallbänder (3, 4) in den Vorbehandlungseinheiten (16, 17) vor der
Konditionierungsstation (16.1, 17.1) jeweils mindestens eine Richtstation (20, 21), welche die in dem Metallband (3, 4) enthaltenen Spannungen, die zu einer Welligkeit im abgewickelten Zustand führen können, durch Streck-Biege-Beaufschlagung kompensiert bzw. gezielt gerichtet werden können, so dass den weiteren Prozessschritten ein planes Metallband (3, 4) zugeführt werden kann. Nach den Richtstationen (20, 21) durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils eine Schnittstation (22, 23), in welcher die Metallbänder (3, 4) kontinuierlich entlang ihrer Längskanten besäumt werden, um den weiteren Prozessschritten ein Metallband (3, 4) mit einer definierten Breite und/oder einer definierte Kantenausrichtung zuführen zu können. Nach den Schnittstationen (22, 23) durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils eine Reinigungsstation (24, 25), in welcher die Metallbänder (3, 4), insbesondere die Oberflächen die Metallbänder (3, 4) gereinigt und/oder entfettet werden, um zumindest eine saubere Oberfläche für die Aktivierung und/oder Beschichtung der Metallbänder (3, 4) in der Konditionierungsstation (16.1, 17.1) bereitstellen zu können. Nach der Aktivierung und/oder vorzugsweise nach der Beschichtung der Metallbänder (3, 4) mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff durchlaufen die Metallbänder (3, 4) jeweils mindestens eine Trocknungsstation (18, 19), in welcher der vorzugsweise in der Regel in flüssiger Form aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder
Konditionierungsstoff bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und
vorzugsweise unterhalb der Zersetzungstemperatur des eingesetzten Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoff getrocknet wird, um sicher zu stellen, dass der aufgetragene Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff auf den Metallbändern (3, 4) verbleibt, welche dann den weiteren Prozessschritten, insbesondere den Vorwärmeinheiten (9, 10) sicher zugeführt werden kann. Die vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die vorgewärmte Kunststofffolie (5) werden kontinuierlich einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) zugeführt. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12') umfasst mindestens eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'.1) mit einem einen Kaschierspalt (12'.12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12'.11), welches die
vorgewärmten Metallbänder (3, 4) und die zwischen den Metallbändern (3, 4) zugeführte vorgewärmte Polymerfolie (5) aufnimmt und kaschiert diese derart, dass die Metallbänder (3, 4) die metallischen Außenlagen und die Polymerfolie (5) die
Kernschicht zwischen den Außenlagen des Werkstoffverbundes (2) bilden. Die Kaschier- Laminier-Kalandrier-Einheit (12') umfasst ferner mindestens ein Mittel zum
Nachwärmen (12'.31, 12'.32) und/oder Nachkaschieren (12'.41, 12'.42), wobei der Werkstoffverbund (2) nach Verlassen der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12'.1) kontinuierlich einer ersten Nachwärmstation (12'.31) zum Nachwärmen bzw.
Durcherwärmen des Werkstoffverbundes (2) auf mindestens eine
Durcherwärmungstemperatur zugeführt wird, welche höher ist als die
Vorwärmtemperatur der Polymerfolie (5), insbesondere zwischen 100°C und 300°C liegen kann, um die Kernschicht zwischen den metallischen Außenlagen
aufzuschmelzen. Nach Verlassen der Nachwärmstation (12'.31) wird der
durcherwärmte Werkstoffverbund (2) kontinuierlich einer Nachkaschierstation (12'.41) zugeführt, um auf dem gesamten Querschnitt durch gezielte und definierte
Druckbeaufschlagung eine hohe Haftung und/oder Umform- und/oder
Gleiteigenschaften sowie gezielte Dicke im Werkstoffverbund (2) zwischen den einzelnen Lagen einzustellen. Nach Verlassen der Nachkaschierstation (12'.41) kann dieser Vorgang bei Bedarf insbesondere zur weiteren Verbesserung der Haftung erneut, durch ein Nachwärmen des Werkstoffverbundes (2) in einer zweiten Nachwärmstation (12'.32) und anschließendem kontinuierlichen Zuführen einer zweiten
Nachkaschierstation (12'.42), wiederholt werden, wobei die Bedingungen im
Wesentlichen denen in den Stationen (12'.31, 12'.41) entsprechen können. Der
Werkstoffverbund (2) wird anschließend kontinuierlich mindestens einer Abkühleinheit (13), welche eine erste Abkühlstation (13.1), beispielsweise einen Luftkühler, in der der Werkstoffverbund (2) gezielt auf eine erste Temperatur abgekühlt wird, und eine zweite Abkühlstation (13.2), beispielsweise einen Luftkühler, in der der Werkstoffverbund (2) weiter gezielt auf eine zweite Temperatur, die niedriger als die erste ist, abgekühlt wird, umfasst. Durch eine aktive Abkühlung in der Abkühleinheit (13) kann der Werkstoffverbund (2) den weiteren Prozessschritten, insbesondere den
Nachbearbeitungsschritten zugeführt werden, insbesondere um sicher zu stellen, dass weitere folgende Stationen nicht thermisch beansprucht werden. Der abgekühlte Werkstoffverbund (2) wird einer Nachbearbeitungseinheit (26) zugeführt, umfassend mindestens eine Schnittstation (26.1) mit mindestens einem Mittel zum Besäumen der Längskanten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise eine Besäumschere, eine Richtstation (26.2) mit mindestens einem Mittel zum Glätten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise eine Richtmaschine, eine Inspektionsstation (26.3) mit mindestens einem Mittel zum Prüfen des Werkstoffverbundes (2) hinsichtlich Oberflächen-,
Ebenheit-, Planheit- und/oder Geometriefehler, beispielsweise ein Messsystem mit einer Auswerteeinheit, eine Beschichtungsstation (26.4) mit mindestens einem Mittel zum Beschichten des Werkstoffverbundes (2), beispielsweise ein elektrostatisches
Beschichtungssystem. Nach dem Durchlauf durch die Nachbearbeitungseinheit (26) kann der Werkstoffverbund (2) entweder zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden.
Figur 3) zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1") zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2) in einer schematischen Ansicht. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Stationen des ersten sowie des zweiten Ausführungsbeispiels wiederzufinden und es wird daher nur auf die
Unterschiede, insbesondere mit Blick auf die Figur 2), eingegangen. Die Kaschier- Laminier-Kalandrier-Einheit (12") umfasst, neben den bereits im zweiten
Ausführungsbeispiel erläuterten Stationen, eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier- Station (12".1) und eine zweite Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12".2). Das vorgewärmte zweite Metallband (4) und die vorgewärmte Polymerfolie (5) werden einer ersten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12".1), welche ein erstes einen Kaschierspalt (12".12) bildenden Kaschierwalzenpaar (12".11) aufweist, kontinuierlich zugeführt und werden zu einem Metall-Polymerverbund (2') kaschiert bzw. verbunden. Der Metall-Polymerverbund (2') durchläuft nach dem ersten Kaschieren eine
Nachwärmstation (12".33) zum Nachwärmen bzw. Durcherwärmen des Metall- Polymerverbundes (2') auf mindestens eine Durcherwärmungstemperatur, welche höher als die Vorwärmtemperatur der Polymerfolie (5) ist, zur Vorbereitung eines zweiten Kaschierens-Laminierens-Kalandrierens. Der durcherwärmte Metall- Polymerverbund (2') und das vorgewärmte erste Metallband (3) werden einer zweiten Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station (12".2), welche ein zweites einen Kaschierspalt (12".22) bildenden Kaschierwalzenpaar (12".21) aufweist, kontinuierlich zugeführt und werden zu einem Werkstoffverbund (2) kaschiert bzw. verbunden. Der
Werkstoffverbund (2) wird in zwei Kaschier-Laminier-Kalandrier-Stationen (12".1, 12".2) erzeugt. Die Nachwärmstationen (12".31, 12".32) und Nachkaschierstationen (12".41, 12".42) können bei Bedarf entfallen.
In Figur 4) ist ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1"') dargestellt. Es ist nur ein Teil der Vorrichtung (1"') gezeigt, welcher im Vergleich zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen Unterschiede aufweist, dahingehend, dass insbesondere das erste Metallband (3), welches im Zuge des Herstellens des Werkstoffverbundes (2) die obere metallische Außenlage bildet, zwischen dem
Abhaspeln und der Vorwärmeinheit (9) eine Vorbehandlungseinheit (16) durchläuft, das Metallband (3) in der Vorbehandlungseinheit (16) zumindest einseitig in einer Konditionierungsstation (16.1) konditioniert, vorzugsweise mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtet wird, das
Metallband (3) mit der einseitigen Beschichtung (16.11) einer Trocknungsstation (18), in welcher der Haftvermittler und/oder das Klebersystem und/oder
Konditionierungsstoff getrocknet wird, kontinuierlich zugeführt wird, das Metallband (3) in der Vorwärmeinheit (9) erwärmt wird und anschließend einer Kaschier-Laminier- Kalandrier-Einheit (12"') zugeführt wird, welche mindestens eine Kaschier-Laminier- Kalandrier-Station (12"'.1) umfasst. Eine kontinuierliche Führung des Metallbandes (3) über entsprechende Mittel (27) erfolgt zumindest zwischen der Konditionierungsstation (16.1) und der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12"') derart, dass die
konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder Konditionierungsstoff beschichtete Seite (16.11) des Metallbandes (3) nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen (27) kommt, um dadurch eine Verschmutzung der Mittel (27) durch ein mögliches Anhaften von Konditionierungsbestandteilen sowie eine Verunreinigung oder Beschädigung, beispielsweise durch teilweises Ablösen des Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder Konditionierungsstoffes, der konditionierten Seite (16.11) des Metallbandes (3) auszuschließen. Das Bezugszeichen (28) symbolisiert eine Trenn-/Einfädelstation, welche Mittel zum vollständigen Durchtrennen des Metallbandes (3) sowie Mittel zum Einfädeln des getrennten Metallbandes (3) umfasst. Bei der Trenn-/Einfädelstation können u. a.
Hilfsspeicher (Zwischenspeicher) und/oder Handlingssysteme vorgesehen sein.
Insbesondere während des Anfahrprozesses bis zum Erreichen der definierten
Betriebsparameter insbesondere in der Vorbehandlungseinheit (16) wird die
Konditionierung, vorzugsweise der beschichtete Haftvermittler und/oder das beschichtete Klebersystem und/oder der beschichtete Konditionierungsstoff mittels Trockner (18) geeignet getrocknet bzw. angetrocknet und zunächst auf einem Mittel zum Aufhaspeln (29) aufgewickelt wird, hier strichliniert dargestellt. Geeignet getrocknet bedeutet, dass sich die Lagen beim Aufhaspeln untereinander nicht verbinden bzw. nicht haften oder geschädigt werden. In dieser Phase erfolgt kein Vorwärmen in der Vorwärmeinheit (9). Sind die definierten Betriebsparameter erreicht, wird die Vorwärmeinheit (9) eingeschaltet, das Metallband (3) wird durchtrennt und über eine Einfädelhilfe in Prozessrichtung der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12"') zugeführt. Die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12"') kann eine Kaschier- Laminier-Kalandrier-Station (12"'.1) mit einem einen Kaschierspalt (12"'.12)
aufweisenden Kaschierwalzenpaar (12"'.11) umfassen, der ein vorgewärmtes erstes Metallband (3), eine vorgewärmte Polymerfolie (5) und ein vorgewärmtes zweites Metallband (4), hier strichliniert dargestellt, kontinuierlich zugeführt werden, oder aber zwei Kaschierstationen umfassen, wobei in diesem Fall der zweiten Kaschierstation ein vorgewärmtes erstes Metallband (3) und ein durchgewärmter Metall-Polymerverbund (2') zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes (2) zugeführt werden, wie zu Figur 3) beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch weitere Ausgestaltungen umfassen. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung noch weitere Bestandteile umfassen, insbesondere jeweils eine weitere Abhaspelstation zu den bereits dargestellten Stationen, Verbindungsstationen, insbesondere Heftmaschinen zum Verbinden eines Bandanfangs an einem Bandende respektive eines Folienanfangs an einem Folienende, Schiingenspeicher jeweils mindestens einen für die Metallbänder, die Polymerfolie und den Werkstoffverbund. Auch die Schichten zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes sind nicht auf drei beschränkt, sondern der Lagenaufbau ist beliebig wählbar. , 1', 1", V" Vorrichtung
Werkstoffverbund
' Metall-Polymerverbund
, 4 Metallband
Polymerfolie
, 7, 8 Abhaspei, Mittel zum Abhaspeln, 10, 11 Vorwärmeinheit
2, 12', 12", 12"' Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit2.1, 12'.1, 12".l, 12"'.l, 12".2 Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station2.11, 12'.11, 12".ll, 12"'.ll, 12".21 Kaschierwalzenpaar
2.12, 12'.12, 12".12, 12".22, 12"'.12 Kaschierspalt
2'.31, 12'.32, 12".31, 12".32 Nachwärmstation
2'.41, 12'.42, 12".41, 12".42 Nachkaschierstation
3 Abkühleinheit
3.1, 13.2 Abkühlstation
4 Mittel zum Ablängen
5, 29 Mittel zum Aufhaspeln
6, 17 Vorbehandlungseinheit
6.1, 17.1 Konditionierungsstation
6.11, 17.11 einseitige Konditionieren
8, 19 Trocknungsstation
0, 21 Richtstation
2, 23 Schnittstation
4, 25 Reinigungsstation
6 Nachbearbeitungseinheit
6.1 Schnittstation
6.2 Richtstation
6.3 Inspektionsstation
6.4 Beschichtungsstation
7 Mittel zu Führen
8 Trenn-/Einfädelstation

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff umfassend folgende Schritte:
Bereitstellen eines ersten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund
aufgewickelten Metallbandes, eines zweiten Werkstoffs in Form eines auf einem Bund aufgewickelten Metallbandes und eines dritten Werkstoffs in Form einer auf einem Bund aufgewickelten Polymerfolie,
Abhaspeln der Bunde und kontinuierliches Zuführen der Metallbänder und der Polymerfolie zu jeweils einer Vorwärmeinheit,
Vorwärmen der Metallbänder und der Polymerfolie in den Vorwärmeinheiten auf jeweils mindestens eine Vorwärmtemperatur und kontinuierliches
Zuführen zu einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit zur Erzeugung eines Werkstoffverbundes unter Druck und/oder Temperatur,
anschließendes kontinuierliches Zuführen des Werkstoffverbundes zu mindestens einer Abkühleinheit und/oder einer Nachbearbeitungseinheit und abschließendes Ablängen des Werkstoffverbundes zu Blechen oder Aufhaspeln des Werkstoffverbundes zu einem Bund,
dadurch gekennzeichnet, dass
das erste und das zweite Metallband zwischen dem Abhaspeln und der
Vorwärmeinheiten mindestens jeweils eine Vorbehandlungseinheit durchlaufen, das erste Metallband zumindest einseitig in einer ersten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation und das zweite Metallband zumindest einseitig in einer zweiten Vorbehandlungseinheit in einer Konditionierungsstation
konditioniert werden und die jeweils konditionierten Seiten der Metallbänder in der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit mit der Polymerfolie in Kontakt gebracht und miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbänder in den Konditionierungsstationen mittels Auftragen, insbesondere mittels Sprühen, mittels Aufrakeln oder vorzugsweise mittels Coating mit einem Haftvermittler und/oder Klebersystem und/oder eines
Konditionierungsstoffes beschichtet werden und/oder chemisch und/oder physikalisch, vorzugsweise mittels Plasma, aktiviert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallbänder nach der Konditionierungsstation eine Trocknungsstation durchlaufen.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallbänder in den Vorbehandlungseinheiten vor der Konditionierungsstation mindestens eine Rieht-, eine Schnitt- und/oder eine Reinigungsstation
durchlaufen.
5. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Werkstoffverbund nach der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit in der Abkühleinheit in mindestens einer Abkühlstation, insbesondere in zwei
Abkühlstationen gezielt abgekühlt wird.
6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Werkstoffverbund in der Nachbearbeitungseinheit mindestens eine Schnitt-, eine Rieht-, eine Inspektions- und/oder eine Beschichtungsstation durchläuft.
7. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine kontinuierliche Führung des ersten und/oder des zweiten Metallbandes über entsprechende Mittel zumindest zwischen der Konditionierungsstation und der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit vorzugsweise derart erfolgt, dass die konditionierte, vorzugsweise die mit einem Haftvermittler und/oder ein
Klebersystem beschichtete Seite des Metallbandes nicht in Kontakt mit den Mitteln zum Führen kommt.
8. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt werden, dass der Werkstoffverbund in einer Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station erzeugt wird.
9. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Metallbänder und die Polymerfolie der Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit, welche eine erste Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station mit einem ersten einen Kaschierspalt bildenden Kaschierwalzenpaar und eine zweite Kaschier-Laminier- Kalandrier-Station mit einem zweiten einen Kaschierspalt bildenden
Kaschierwalzenpaar aufweist, derart zugeführt werden, dass in der ersten
Kaschier-Laminier-Kalandrier-Station das zweite Metallband mit der Polymerfolie zu einem Metall-Polymerverbund verbunden wird und in der zweiten Kaschier- Laminier-Kalandrier-Station der Metall-Polymerverbund mit dem ersten
Metallband zu einem Werkstoffverbund verbunden wird.
10. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Aluminium-, Magnesium- oder Stahlwerkstoff als erstes und/oder zweites Metallband und eine duroplastische oder thermoplastische Polymermatrix als Polymerfolie verwendet werden.
11. Vorrichtung (1, 1', 1", 1"') zum Herstellen eines Werkstoffverbundes (2)
aufweisend mindestens zwei Lagen aus einem metallischen Werkstoff und mindestens eine zwischen den zwei Lagen angeordnete Lage aus einem Polymermatrix- Werkstoff, insbesondere nach einem Verfahren zur Herstellung des Werkstoffverbundes nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend
Mittel zum Abhaspeln (6, 7, 8) eines auf einem Bund aufgewickelten ersten und zweiten Metallbandes (3, 4) und einer auf einem Bund aufgewickelten
Polymerfolie (5),
Mittel zum Vorwärmen (9, 10, 11) der Metallbänder (3, 4) und der Polymerfolie (5),
Mittel zum Kaschieren-Laminieren-Kalandrieren (12, 12', 12") der
Metallbänder (3, 4) mit der Polymerfolie (5) zur Erzeugung eines
Werkstoffverbundes (2) unter Druck und/oder Temperatur,
Mittel zum Abkühlen (13) und/oder Nachbearbeiten (26) des
Werkstoffverbundes (2),
Mittel zum Antreiben und/oder Führen (27) der Metallbänder (3, 4), der Polymerfolie (5) und/oder des Werkstoffverbundes (2) und
Mittel zum Ablängen (14) oder Aufhaspeln (15) des Werkstoffverbundes (2), dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (1, 1', 1") Mittel zum Vorbehandeln (16, 17) zumindest des ersten und des zweiten Metallbandes (3, 4) umfasst, wobei die Mittel zur Vorbehandlung (16, 17) eine erste Vorbehandlungseinheit (16) mit einer ersten
Konditionierungsstation (16.1) zum zumindest einseitigen Konditionieren (16.11) des ersten Metallbandes (3) und eine zweite Vorbehandlungseinheit (17) mit einer Konditionierungsstation (17.1) zum zumindest einseitigen Konditionieren (17.11) des zweiten Metallbandes (4) umfassen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Konditionierungsstationen (16.1, 17.1) Mittel zum Auftragen einer
Beschichtung, insbesondere Mittel zum Sprühen, Rakeln oder vorzugsweise einen Coater zum Beschichten eines Haftvermittlers und/oder Klebersystems und/oder eines Konditionierungsstoffes, und/oder Mittel zum chemischen und/oder physikalischen Aktivieren, vorzugsweise mittels Plasma, umfassen.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung ( , 1") für die Metallbänder (3, 4) jeweils mindestens eine Trocknungsstation (18, 19) umfasst.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorbehandlungseinheiten (16, 17) jeweils mindestens eine Rieht- (20, 21), Schnitt- (22, 23), und/oder Reinigungsstation (24, 25) umfassen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Abkühleinheit (13) mindestens eine Abkühlstation (13.1, 13.2) und/oder die Nachbearbeitungseinheit (26) mindestens eine Schnitt- (26.1), eine Rieht- (26.2), eine Inspektions- (26.3) und/oder eine Beschichtungsstation (26.4) umfassen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kaschier-Laminier-Kalandrier-Einheit (12, 12', 12") mindestens eine Kaschier- Laminier-Kalandrier-Station (12.1, 12M, 12".l, 12'.2, 12".2) umfasst.
17. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten
Werkstoffverbundes (2) zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere für den Fahrzeug-, Schiff-, Flugzeug-, Anlagen-, Maschinenbau, Haushaltswaren oder Bausektor.
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