Leichtbau-Verbundelement, sein Herstellungsverfahren und seine Verwendung Lightweight composite element, its manufacturing process and its use
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leichtbau-Verbundelement für verschiedenste Verwendungszwecke, sowie auch ein Verfahren zu seiner Hersteilung. Schliesslich werden einige besondere Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau-Verbundelementes aufgezeigt.The present invention relates to a lightweight composite element for a wide variety of uses, as well as a method for its manufacture. Finally, some special uses of this lightweight composite element are shown.
[0002] Leichtbau-Verbundelemente sind seit langem bekannt und sie werden in verschiedenen Konstruktionen und aus verschiedenen Materialien hergestellt. Oftmals spricht man von Sandwich-Konstruktionen oder von Konstruktionen, die als Kern ein Sandwich einschliessen. Ein solches Sandwich besteht im wesentlichen aus zwei beabstandeten Platten oder plattenähnlichen Elementen, die über zwischenliegende Abstandhalter miteinander verbunden sind. Diese Abstandhalter sind meist von einer solchen Form, dass sie erhebliche Druckkräfte aufnehmen können, das heisst die durch sie verbundenen und von ihnen beabstandet gehaltenen Platten können grosse Auflagedrucke aushalten. Gleichzeitig sorgen die Abstandhalter für die Aufnahme von Verschiebekräften, das heisst die begrenzenden Platten können nicht mehr relativ zueinander in ihrer Verlaufrichtung verschoben werden. Je grösser der Normalabstand der Platten
eines solchen Elementes ist, umso grösser ist im allgemeinen die Biegesteifigkeit eines solchen Verbundelementes. Ein typisches Anwendungsbeispiel sind Aluminiumbleche, die mittels einer Aluminiumstruktur etwa in Form von Bienenwaben verbunden sind. Man erhält mit vergleichsweise dünnen Sandwich- Elementen mit einem minimalen Gewicht eine maximale Biegesteifigeit und Tragfähigkeit. Derartige Sandwich-Platten werden deshalb etwa als Flugzeug- Innenraumböden eingesetzt. Es gibt eine Vielzahl von anderen Anwendungszwecken, mit unterschiedlichen Materialien und speziellen Konstruktionen des jeweiligen Aufbaus der Verbundelemente. Immer jedoch werden zwei oder mehr Platten beabstandet voneinander fest miteinander verbunden.Lightweight composite elements have been known for a long time and they are made in different constructions and from different materials. One often speaks of sandwich constructions or of constructions that include a sandwich as the core. Such a sandwich essentially consists of two spaced-apart plates or plate-like elements which are connected to one another via intermediate spacers. These spacers are usually of such a shape that they can absorb considerable compressive forces, that is to say the plates connected by them and kept apart from them can withstand large contact pressures. At the same time, the spacers ensure the absorption of displacement forces, that is to say the limiting plates can no longer be displaced relative to one another in their direction of travel. The greater the normal distance between the plates of such an element, the greater the bending stiffness of such a composite element in general. A typical application example are aluminum sheets, which are connected by means of an aluminum structure, for example in the form of honeycombs. With comparatively thin sandwich elements with a minimal weight, maximum bending rigidity and load-bearing capacity are obtained. Such sandwich panels are therefore used, for example, as aircraft interior floors. There are a multitude of other applications, with different materials and special constructions of the respective structure of the composite elements. However, two or more plates are always connected to one another at a distance from one another.
[0003] Bekannte Sandwich-Leichtbauelemente sind durchwegs verhältnismässig teuer und daher ist ihr Anwendungsspektrum entsprechend eingeschränkt auf Fälle, wo sich ihr hoher Preis rechtfertigen lässt oder aus technischen Gründen einfach in Kauf genommen werden muss.Known sandwich lightweight components are consistently relatively expensive and therefore their range of applications is accordingly limited to cases where their high price can be justified or simply has to be accepted for technical reasons.
[0004] Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leichtbau- Verbundelement zu schaffen, das ganz erheblich einfacher und aus kostengünstigem Rohmaterial herstellbar ist, sodass aufgrund seiner Preisgünstigkeit ganz neue Verwendungszwecke erschlossen werden können. Ausserdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Herstellverfahren zur kontinuierlichen Herstellung dieses Leichtbau-Verbundelementes anzugeben und schliesslich eine Reihe spezifischer Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau- Verbundelementes aufzuzeigen.It is the object of the present invention to provide a lightweight composite element which can be manufactured considerably more easily and from inexpensive raw material, so that completely new uses can be opened up due to its low cost. In addition, it is an object of the invention to provide a manufacturing method for the continuous manufacture of this lightweight composite element and finally to show a number of specific possible uses of this lightweight composite element.
[0005] Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Leichtbau-Verbundelement, das sich dadurch auszeichnet, dass es aus wenigstens zwei Noppenfolien oder Noppenplatten aus Kunststoff aufgebaut ist, das heisst aus Kunststoff-Folien oder -platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, und welche Noppenfolien oder -platten mit den Noppen zueinander hin gerichtet fest miteinander verschweisst oder verklebt sind.
[0006] Die Aufgabe wird andrerseits gelöst von einem Verfahren zur Herstellung eines Leichtbau-Verbundelementes, das sich dadurch auszeichnet, dass wenigstens zwei Noppenfolien oder -platten aus Kunststoff, das heisst wenigstens zwei Kunststoff-Folien oder -platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, maschinell ab Rolle oder ab Stapeln an einem Automaten vorbeigeführt werden und von diesem beim Vorbeifahren miteinander verschweisst oder verklebt werden.This object is achieved on the one hand by a lightweight composite element, which is characterized in that it is composed of at least two dimpled sheets or dimpled sheets made of plastic, that is, made of plastic sheets or sheets, of which a number on at least one side Knobs are formed, and which knob films or plates are firmly welded or glued to one another with the knobs directed towards one another. The object is achieved on the other hand by a method for producing a lightweight composite element, which is characterized in that at least two dimpled sheets or sheets made of plastic, that is, at least two plastic sheets or sheets, from which on at least one side a number of knobs are formed, are guided past a machine from a roll or from a stack and are welded or glued to one another as the vehicle drives past.
[0007] Schliesslich wird die Aufgabe gelöst durch die Verwendung des Leichtbau- Verbundelementes, das aus wenigstens zwei Noppenfolien oder -platten aus Kunststoff bestehen, das heisst aus wenigstens zwei Kunststofffolien oder - platten, aus denen auf wenigstens einer Seite eine Anzahl Noppen ausgeformt sind, und welche Noppenfolien- oder -platten mit den Noppen zueinander hin gerichtet fest miteinander verschweisst oder verklebt sind, für die Erstellung von Spriesswänden, Trenn- und Isolierwänden, sowie als Tragplatte im Hoch-, Tief- und Tunnelbau sowie im Fahrzeugbau.Finally, the object is achieved by the use of the lightweight composite element, which consist of at least two dimpled sheets or plates made of plastic, that is to say made of at least two plastic films or sheets, from which a number of knobs are formed on at least one side, and which studded film or sheets are firmly welded or glued to one another with the studs facing each other, for the creation of wall panels, partitions and insulating walls, as well as a supporting plate in building, civil engineering and tunnel construction as well as in vehicle construction.
[0008] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben, wobei mehrere Ausführungsvarianten dieses Leichtbau-Verbundelementes offenbart werden. Gleichermassen wird auch das Verfahren zu seiner Herstellung vorgestellt und einige Verwendungsmöglichkeiten dieses Leichtbau- Verbundelementes werden aufzeigt und erläutert.The invention is described below with reference to the drawings, wherein several variants of this lightweight composite element are disclosed. The process for its manufacture is also presented and some possible uses of this lightweight composite element are shown and explained.
Es zeigt:It shows:
Figur 1 : Eine Noppenfolie aus Polyethylen als Grundelement für die Herstellung dieser Leichtbau-Verbundelemente;Figure 1: A knobbed film made of polyethylene as a basic element for the production of these lightweight composite elements;
Figur 2: Ein erste Variante eines Leichtbau-Verbundelementes minimaler Dicke aus zwei Polyethylen-Noppenplatten oder -folien;Figure 2: A first variant of a lightweight composite element of minimal thickness from two polyethylene knobbed sheets or foils;
Figur 3: Eine zweite Variante eines Leichtbau-Verbundelementes maximaler Dicke aus zwei Polyethylen-Noppenplatten oder -folien;
Figur 4: Ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Figur 3 in Vorbereitung zum Aufbringen von Deckplatten;Figure 3: A second variant of a lightweight composite element of maximum thickness made of two polyethylene knobbed sheets or foils; Figure 4: A lightweight composite element according to the structure of Figure 3 in preparation for the application of cover plates;
Figur 5: Ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Figur 3 mit oben und unten aufgeschweissten Deckplatten als fertige Sandwichplatte;Figure 5: A lightweight composite element according to the structure of Figure 3 with top and bottom welded cover plates as a finished sandwich panel;
Figur 6: Ein Leichtbau-Verbundelement in Form eines Schalenelementes aus zwei gemäss Figur 2 miteinander verbundenen, gekrümmt miteinander verschweissten Noppenfolien;FIG. 6: A lightweight composite element in the form of a shell element made of two knobbed foils connected to one another in accordance with FIG. 2 and welded to one another in a curved manner;
Figur 7: Eine schematische Darstellung der kontinuierlichen Herstellung eines ebenen Leichtbau-Verbundelementes aus wenigstens zwei Kunststoff- Noppenfolien.Figure 7: A schematic representation of the continuous production of a flat lightweight composite element from at least two plastic knobbed films.
[0009] Die Figur 1 zeigt eine Noppenfolie aus Kunststoff. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens auf einer Seite eine Anzahl Noppen 1 aufweist. Die Folie kann aus verschiedenen Kunststoffen hergestellt sein und anstelle einer krümmbaren Folie auch in Plattenform vorliegen. Vorzugsweise wird Polyethylen zum Einsatz kommen, denn Polyethylen ist ein Thermoplast, der sich leicht bearbeiten und schweissen lässt, der sehr dauerhaft ist und obendrein mit einem spezifischen Gewicht von 950kg/m3 verhältnismässig leicht ist. Ausserdem ist seine Oberfläche weitgehend kratzfest und witterungsbeständig. Für spezielle Anwendungen können aber auch andere Kunststoffe in Frage kommen, etwa Polypropylene oder GFK. Derartige Noppenfolien werden bereits in grossen Mengen „endlos" hergestellt, das heisst sie sind in Rollen erhältlich. Aber auch Noppenplatten sind im Handel erhältlich. Die Noppen 1 werden zum Beispiel mittels eines Tiefzugverfahrens aus dem Platten- oder Folienmaterial ausgeformt, indem dieses erhitzt wird und das weiche Material hernach über ein entsprechend geformtes Werkzeug gesaugt wird, von welchem es nach Abkühlung wieder entfernt wird. Das in Figur 1 gezeigte Muster ist elastisch krümmbar. Das Folienmaterial hat eine Dicke von ca. 0.5mm und die Grosse der Noppen kann im Vergleich zur Hand, welche die Noppenfolie in dieser gekrümmten Lage hält und
ebenfalls abgebildet ist, ermessen werden. Es können aber auch Folien und Platten von erheblich stärkerer oder schwächerer Dicke und mit weniger dicht vorhandenen und oder anders geformten Noppen verwendet werden. Ausserdem können die Noppen höher oder niedriger sein. Die Noppen in Bezug auf ihre Form zum Beispiel auch kegelförmig sein, halbkugelig oder pyramidenförmig oder Pyramidenstümpfe bilden. Vorteilhaft ist auf jeden Fall, wenn die Noppen 1 sich gegen ihr Ende hin allseits gleichmässig verjüngen, weil sie dann grosse Druckkräfte aufzunehmen imstande sind. Anstatt dass die Folie oder Platte nur auf einer Seite Noppen 1 aufweist, kann sie auch auf beiden Seiten Noppen aufweisen, wobei dann natürlich die Noppendichte auf beiden Seiten etwas reduziert ist.Figure 1 shows a knobbed film made of plastic. It is characterized in that it has a number of knobs 1 on at least one side. The film can be made from various plastics and can also be in the form of a plate instead of a bendable film. Polyethylene will preferably be used because polyethylene is a thermoplastic that is easy to machine and weld, that is very durable and, on top of that, is relatively light with a specific weight of 950kg / m 3 . In addition, its surface is largely scratch-resistant and weatherproof. Other plastics, such as polypropylene or GRP, can also be used for special applications. Such knobbed films are already produced “endlessly” in large quantities, that is to say they are available in rolls. But knobbed sheets are also commercially available. The knobs 1 are formed, for example, by means of a deep-drawing process from the sheet or sheet material by heating it and the soft material is then sucked over an appropriately shaped tool, from which it is removed again after cooling, The pattern shown in Figure 1 can be bent elastically. The film material has a thickness of approximately 0.5 mm and the size of the knobs can be compared to that of Hand holding the knobbed film in this curved position and is also shown. However, it is also possible to use foils and plates of considerably thicker or weaker thickness and with less dense and or differently shaped knobs. In addition, the knobs can be higher or lower. With regard to their shape, the knobs can also be conical, hemispherical or pyramidal or form truncated pyramids. In any case, it is advantageous if the knobs 1 taper uniformly on all sides towards their end, because they are then able to absorb large compressive forces. Instead of the film or plate having knobs 1 on only one side, it can also have knobs on both sides, in which case the knot density is of course somewhat reduced on both sides.
[0010] Die Figur 2 ist nun eine erste Variante des Leichtbau-Verbundelementes aus zwei derartigen Polyethylen-Noppenfolien wie Figur 1 gezeigt vorgestellt. Hier sind zwei Noppenfolien 2,3 in der Weise aufeinander gelegt worden, dass ihre Noppen 4,5 gegeneinander hin gerichtet sind und die Noppen 4 der einen Folie 2 jeweils in die Zwischenräume zwischen den Noppen 5 der anliegenden Folie 3 eingreifen. Die Enden aller Noppen 4,5 sind sodann mit der jeweils an ihr anliegenden Folie 2,3 verschweisst. Es hat sich gezeigt, dass schon eine Schweissung, die allein mittels Durchstechen der Folie samt der anliegenden Noppenendwand eine recht starke Verbindung der beiden Folien 2,3 ergibt und ein hinreichend stabiles Leichtbau-Verbundelement entsteht. Eine gleichzeitige Schweissung an allen Stellen eines herzustellenden Verbundelementes kann daher durch Einsatz eines Nadelbrettes mit heissen Nadelspitzen erzielt werden. Selbstverständlich kann die Schweissung in Form einer perfekten Punktschweissung durchgeführt werden. Dabei werden von beiden Seiten heisse, bolzenartige Stempel auf einen definierten Abstand zusammengefahren, das heisst im Bild von oben auf die obere Platte und von unten in das Innere der Noppen, unter Einhaltung eines Abstandes in der Grössenordnung zwischen ein bis maximal zwei Plattendicken oder Foliendicken. Gleichermassen greifen entsprechende Stempel von unten an die Folie an und von oben in die Noppen der oberen Folie hinein. Verwendet man Folien mit Noppen auf beiden Seiten, so
können nicht nur zwei Folien in dieser Weise miteinander verbunden werden, sondern ein ganzer Stapel beliebiger Höhe.Figure 2 is now presented a first variant of the lightweight composite element made of two such dimpled polyethylene films as shown in Figure 1. Here two knobbed foils 2, 3 have been placed on top of one another in such a way that their knobs 4, 5 are directed towards one another and the knobs 4 of one foil 2 each engage in the spaces between the knobs 5 of the adjacent foil 3. The ends of all the knobs 4, 5 are then welded to the foil 2, 3 lying against them. It has been shown that a weld alone, which results in a very strong connection of the two foils 2, 3 simply by piercing the foil together with the adjacent knob end wall, and that a sufficiently stable lightweight composite element is produced. Simultaneous welding at all points of a composite element to be produced can therefore be achieved by using a needle board with hot needle tips. Of course, the welding can be carried out in the form of a perfect spot weld. Hot, bolt-like stamps are moved together from both sides to a defined distance, i.e. in the picture from above onto the upper plate and from below into the interior of the knobs, while maintaining a distance of the order of between one to a maximum of two plate thicknesses or film thicknesses. Corresponding stamps also attack the film from below and into the knobs of the upper film from above. If you use foils with nubs on both sides, so Not only can two foils be connected in this way, but an entire stack of any height.
[0011] Desweiteren ist es möglich, über die Noppen jeder Noppenfolie ein mehr oder weniger feinmaschiges, gelochtes Drahtgitter zu legen, sodass also der Folienboden neben den Noppen durchwegs von einem Drahtgitter bedeckt ist. Nachdem Zusammenfügen der beiden Noppenfolien oder -platten werden dann durch Anlegen einer Spannung an die Drahtgitter diese insgesamt erhitzt, sodass eine Verschweissung aller Noppenenden mit der jeweils anliegenden Noppenfolie oder -platte erzielt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. Anstelle eines Drahtgitters kann auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt. In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern auch als besonders leichte und starke Armierung zur Aufnahme von Zugkräften.Furthermore, it is possible to place a more or less fine-meshed, perforated wire mesh over the knobs of each knob foil, so that the foil base next to the knobs is consistently covered by a wire mesh. After the two studded foils or plates have been joined together, a voltage is then applied to the wire mesh, so that all of the stud ends are welded to the respective studded foil or plate. The cross wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. Instead of a wire mesh, an electrically conductive mesh made of carbon fiber-reinforced plastic can also be used, which is sufficiently electrically heatable that the adjacent surfaces are welded together. In this case, the mesh not only acts as a thermal welding element, but also as a particularly light and strong reinforcement for absorbing tensile forces.
[0012] Die Figur 3 zeigt eine zweite Variante des Leichtbau-Verbundelementes aus zwei Polyethylen-Noppenfolien bzw. -platten. Hier sind die beiden Polyethylen-Noppenfolien bzw. -platten so miteinander verbunden, dass die gegeneinander hin gerichteten Noppen 4,5 jeweils mit ihren Enden zusammentreffen und an diesen Stellen miteinander verschweisst sind. Die Schweissung erfolgt ebenfalls entweder mittels Durchstechen der beiden aneinander anliegenden Noppenenden oder mittels einer thermischen Punktschweissung. Weiter ist es möglich, zwischen die Noppen der aneinander anliegenden Noppenfolien oder -platten ein mehr oder weniger feinmaschiges Drahtgitter zu legen, welches dann durch Anlegen einer Spannung insgesamt erhitzt wird, sodass eine Verschweissung aller Noppenenden miteinander erzielt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. Anstelle eines Drahtgitters kann wie schon weiter oben beschrieben auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend
elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt. In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern auch gleich als Armierung zur Aufnahme von Zugkräften. Auch hier gilt, dass diese Verbindung auch mit Folien realisiert werden kann, welche auf beiden Seiten Noppen aufweisen und somit ein Stapel mit mehrere Folien miteinander zu einem Leichtbau-Verbundelement verschweisst werden kann. Im Unterschied zum Leichtbau-Verbundelement gemäss Figur 2 weist das hier gezeigte infolge des doppelten Abstandes der Noppenfolien bzw. - platten eine weit stärkere Biegesteifigkeit auf. Solche Verbundelemente, wenngleich sie infolge der Noppen eine beidseits mit Vertiefungslöchern versehene Oberfläche aufweisen, können bereits für viele Zwecke verwendet werden.Figure 3 shows a second variant of the lightweight composite element made of two polyethylene knobbed films or sheets. Here, the two polyethylene stud sheets or plates are connected to one another in such a way that the studs 4, 5 facing each other meet with their ends and are welded to one another at these points. The welding is also carried out either by piercing the two abutting knob ends or by means of thermal spot welding. Furthermore, it is possible to place a more or less fine-meshed wire mesh between the knobs of the knob films or plates lying against one another, which is then heated as a whole by applying a voltage, so that all the knob ends are welded together. The cross wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. Instead of a wire mesh, an electrically conductive mesh made of carbon fiber reinforced plastic can be used, as already described above, which is sufficient it is electrically heatable that the adjacent surfaces are welded together. In this case, the mesh not only acts as a thermal welding element, but also as a reinforcement for absorbing tensile forces. It also applies here that this connection can also be realized with foils which have knobs on both sides and thus a stack with several foils can be welded together to form a lightweight composite element. In contrast to the lightweight composite element according to FIG. 2, the one shown here has a much greater flexural rigidity due to the double spacing of the knobbed foils or plates. Such composite elements, although they have a surface provided with recess holes on both sides as a result of the knobs, can already be used for many purposes.
[0013] Die Figur 4 zeigt eine zweite Variante eines Leichtbau-Verbundelementes gemäss Aufbau nach Figur 3 in Vorbereitung zum Aufbringen von Deckplatten. Über der hier im Prinzip flachen Oberfläche wurde eine Drahtschlaufe 6 gelegt, die mäandrierend vom einen zum anderen Rand des Elementes verläuft. An diese Drahtschlaufe 6 kann eine elektrische Spannung angelegt werden, wonach der Draht infolge Widerstandserwärmung als Heizschlaufe wirkt und den anliegenden Kunststoff zum Schmelzen bringen. Zuvor aber wird noch eine Kunststoffplatte aus demselben Kunststoffmaterial wie das Verbundelement auf die ebene Oberfläche und die Heizschlaufe 6 gelegt. Dann wird während einer bestimmten Zeitperiode eine elektrische Spannung angelegt und die Platte wird auf das Verbundelement gepresst, wodurch eine Elektroschweissung zwischen dem Verbundelement und der darauf gelegten Platte erzielt wird. Damit eine Verbindung bzw. feste Verschweissung an möglichst vielen Stellen oder gar flächendeckend erzielt wird, kann anstelle einer Heizschlaufe ein mehr oder weniger feinmaschiges Drahtgitter verwendet werden, das in gleicher Weise durch Anlegen einer Spannung insgesamt erhitzt wird. Auch die Querdrähte werden ja infolge Wärmeleitung innerhalb des Gitterdrahtes erhitzt. In gleicher Weise wird auch auf der gegenüberliegenden Seite des Verbundelementes eine Kunststoff- Platte aufgeschweisst. Anstelle einer Drahtschlaufe oder eines Drahtgitters aus Metall kann auch ein elektrisch leitfähiges Maschengitter aus
kohlenstoffaserverstärktem Kunststoff zum Einsatz kommen, das genügend elektrisch erhitzbar ist, dass eine Verschweissung der anliegenden Flächen miteinander zustande kommt. In diesem Fall wirkt das Maschengitter nicht nur als thermisches Schweisselement, sondern als besonders leichte und starke Armierung zur Aufnahme von Zugkräften.Figure 4 shows a second variant of a lightweight composite element according to the structure of Figure 3 in preparation for the application of cover plates. A wire loop 6 has been placed over the surface, which in principle is flat here, which meanders from one edge to the other of the element. An electrical voltage can be applied to this wire loop 6, after which the wire acts as a heating loop as a result of resistance heating and cause the plastic to melt. But first, a plastic plate made of the same plastic material as the composite element is placed on the flat surface and the heating loop 6. Then an electrical voltage is applied for a certain period of time and the plate is pressed onto the composite element, whereby an electrical welding is achieved between the composite element and the plate placed thereon. So that a connection or permanent welding is achieved in as many places as possible or even across the board, a more or less fine-meshed wire mesh can be used instead of a heating loop, which is heated in the same way by applying a voltage as a whole. The cross wires are also heated as a result of heat conduction within the grid wire. In the same way, a plastic plate is also welded onto the opposite side of the composite element. Instead of a wire loop or a metal wire mesh, an electrically conductive mesh mesh can also be used carbon fiber-reinforced plastic are used, which is sufficiently electrically heatable that the adjacent surfaces are welded together. In this case, the mesh not only acts as a thermal welding element, but also as a particularly light and strong reinforcement for absorbing tensile forces.
[0014] Die Figur 5 zeigt ein Leichtbau-Verbundelement gemäss Aufbau nach Figur 3 mit oben und unten aufgeschweissten Deckplatten 7,8 als fertige Sandwichplatte. Eine solche Sandwichplatte kann leicht in beliebigen Grossen und äusserst kostengünstig hergestellt werden. Ihre Verwendungsmöglichkeiten sind ausserordentlich vielfältig, denn sie hat eine Anzahl besonders günstiger Eigenschaften. So ist ihr spezifisches Gewicht niedriger als Wasser und daher schwimmt sie. Ihr Zwischenraum ist wasserdurchlässig. Es kann also Wasser oder ein anderes fliessfähiges Medium, namentlich auch ein Gas, in Längsrichtung zu den Deckplatten innerhalb der Sandwichplatte durchströmen. Zwischen den Deckplatten sind freibleibende Lufträume gebildet. Daher hat die Sandwichplatte eine gute Isolationswirkung in Bezug auf Schall und Wärme. Gemessen an ihrem Gewicht weist sie eine ausserordentlich hohe Biegesteifigkeit auf. Diese Sandwichplatte ist auch sehr einfach und praktisch zu bearbeiten. Man kann sie mittels sägen, bohren, fräsen, schneiden, raspeln etc. bearbeiten und es lassen sich Blechschrauben fest in sie einschrauben oder man kann sie sogar mit Nägeln befestigen. Ausserdem können mehrere Sandwichplatten mittels einer Thermoschweissung längs ihrer Ränder oder anderswo fest miteinander verbunden werden, zum Beispiel mittels einer Spiegelschweissung oder durch Verleimen. Durch Einschweissen von Drahtgitternetzen als Heizelemente für die Thermoschweissung wirken diese gleichzeitig als Armierung und erhöhen die Zugbelastbarkeit der Sandwichplatten. Soll eine besonders gute Armierungswirkung erzielt werden, so kann der ganze Verbundelementaufbau auch durch eine Laminierung mit duroplastischem oder thermoplastischem Verstärkungsgewebe oder mittels Kunststoffeinlagen, zum Beispiel aus kohlenfaserverstärktem Kunststoff, oder mittels oder Metalleinlagen verstärkt sein.
[0015] Anstelle von reinen Polyethylen-Kunststoffen können auch andere Materialien zum Einsatz kommen, das heisst als Grundelemente können auch Noppenfolien oder -platten aus thermoplastisch oder duroplastisch faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt werden. Diese können in folienartiger Rollenform oder als stabile Plattenstücke verarbeitet werden, indem sie in beschriebener Weise jeweils Noppen zu Noppen miteinander verbunden werden. Soweit keine Schweissung zur Verbindung durchführbar ist, können die Noppen auch durch Verleimung kraftschlüssig miteinander verbunden werden.Figure 5 shows a lightweight composite element according to the structure of Figure 3 with welded top and bottom cover plates 7,8 as a finished sandwich panel. Such a sandwich panel can easily be produced in any size and extremely inexpensively. The possible uses are extremely varied, because it has a number of particularly favorable properties. So its specific weight is lower than water and therefore it swims. The space between them is permeable to water. Water or another flowable medium, in particular also a gas, can therefore flow longitudinally to the cover plates within the sandwich plate. Free air spaces are formed between the cover plates. The sandwich panel therefore has a good insulation effect with regard to sound and heat. Measured by its weight, it has an extremely high level of flexural rigidity. This sandwich plate is also very easy and practical to work with. You can use sawing, drilling, milling, cutting, rasping, etc. and you can screw tapping screws firmly into them or you can even fix them with nails. In addition, a number of sandwich panels can be firmly connected to one another by means of thermal welding along their edges or elsewhere, for example by means of mirror welding or by gluing. By welding wire mesh as heating elements for the thermal welding, they also act as reinforcement and increase the tensile strength of the sandwich panels. If a particularly good reinforcement effect is to be achieved, the entire composite element structure can also be reinforced by lamination with thermosetting or thermoplastic reinforcing fabric or by means of plastic inserts, for example made of carbon fiber-reinforced plastic, or by means of or metal inserts. Instead of pure polyethylene plastics, other materials can also be used, that is, base elements or knobbed films or plates made of thermoplastic or thermosetting fiber-reinforced plastics can also be used. These can be processed in film-like roll form or as stable plate pieces by connecting knobs to knobs in the manner described. If no welding can be carried out for the connection, the knobs can also be non-positively connected to one another by gluing.
[0016] Die Figur 6 zeigt ein Schalenelement aus zwei gemäss Figur 2 miteinander verbundenen, gekrümmt miteinander verschweissten Noppenfolien. Es ist ein besonderer Vorteil dieser Verbundelemente, dass sie leicht gekrümmt werden können, wengistens wenn sie aus folienartigen, thermoplastischen Noppenbahnen hergestellt werden. Zum miteinander Verbinden werden die Noppenbahnen auf eine entsprechende Form aufgespannt und hernach zusammengepresst und in dieser Lage miteinander verschweisst oder aber verleimt. Das Verschweissen erfolgt am einfachsten durch Dazwischenlegen eines Metallgitters zum thermoelektrischen Verschweissen. Nach dem Verschweissen oder Verleimen bleibt die vorgeformte Form erhalten und weist sogar eine sehr hohe Stabilität auf.FIG. 6 shows a shell element made of two knobbed foils connected to one another in accordance with FIG. 2 and welded to one another in a curved manner. It is a particular advantage of these composite elements that they can be bent easily, at least when they are made from sheet-like, thermoplastic dimpled sheets. To connect them together, the dimpled sheets are stretched to a suitable shape and then pressed together and welded or glued in this position. The easiest way to weld is by interposing a metal grid for thermoelectric welding. After welding or gluing, the preformed shape is retained and even has a very high stability.
[0017] Schliesslich sei erwähnt, dass natürlich nicht nur zwei Noppenpiatten oder zwei folienartige Noppenbahnen miteinander verbindbar sind, sondern gerade im Falle, wenn Noppenplatten oder Folienbahnen eingesetzt werden, die beidseits Noppen aufweisen, mehrere solcher Folienbahnen oder Platten miteinander durch Verschweissung oder Verklebung in jeweils gleicher Weise miteinander verbindbar sind. Die Oberflächen der äussersten Bahnen oder Platten können dann wahlweise auch noch mit Abdeckplatten versehen werden, wie zu den Figuren 4 und 5 beschrieben. Solche mehrschichtigen Verbundelemente weisen eine ausserordentlich hohe Biegesteifigkeit auf.Finally, it should be mentioned that, of course, not only two dimpled sheets or two foil-like dimpled sheets can be connected to one another, but especially in the case when dimpled sheets or foil sheets are used which have dimples on both sides, several such foiled sheets or sheets are welded or glued to one another in each case are interconnectable in the same way. The surfaces of the outermost sheets or plates can then optionally also be provided with cover plates, as described for FIGS. 4 and 5. Such multilayer composite elements have an extraordinarily high bending stiffness.
[0018] Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Leichtbau-Verbundelemnte sind äusserst vielfältig. Im Hoch- und Tiefbau können derartige Verbundelemente infolge ihrer hohen Biegesteifigkeit zum Beispiel als Spriesswäride bei
Grabarbeiten eingesetzt werden oder als Schaltafeln für Beton. Solche Spriesswände sind dann um ein Vielfaches leichter als bisher eingesetzte Stahlspriessungen. Im Tunnelbau eignen sie sich vor allem als gekrümmte Spriesseiemente oder Schalelemente sowie lasttragende Flächendrainagen. Infolge ihrer guten Schalldämmeigenschaften können sie als Trenn- und Isolierwände für allerlei Zwecke eingesetzt werden. Ganz grundsätzlich lassen sie sich als tragende Bodenplatten verwenden, sowohl exponiert wie auch in einem Fundament eingelegt. Weiter ist ein Einsatz als Dachelemente möglich. Im Fahrzeugbau eignen sie sich dank ihres leichten Gewichtes und ihrer hohen Stabilität als hervorragender Baustoff. So können etwa Böden und Wände von Lkw-Aufbauten, Lkw-Anhängern oder Wohnmobilen und Caravans aus Leichtbau- Verbundelementen der beschriebenen Art gebaut werden. Auch allerlei Transportbehälter und Container können damit hergestellt werden. Weiter können sie als biegesteife und tragfähige Kerne für allerlei Sandwiches eingesetzt werden, wenn etwa die Deckplatten aus alternativen Materialien bestehen sollen, zum Beispiel aus Metall, Holz oder Stein etc., eignen sie sich hervorragend als Verbundelement-Kerne. Es sind auch selbsttragende Abdichtungen sowie Zwischenlager in Wänden, Dächern und Böden mit Hohlräumen denkbar, die nachträglich zur weiteren Abdichtung mittels Injektionen ausgeschäumt werden. Im Freien lassen sie sich als temporäre Bodenplatten zur Befestigung von Wegen und Plätzen einsetzen, wenn zum Beispiel schwache Böden vorhanden sind, die stark belastet werden sollen. Es lassen sich Notpisten, Notstrassen, Notwege und Plätze damit erstellen. Sogar schwimmende Brücken oder schwimmende und lasttragende Böden auf morastigem Untergrund können damit errichtet werden.[0018] The possible uses of such lightweight composite elements are extremely diverse. In building construction and civil engineering, such composite elements can be used, for example, as sprouting heat due to their high flexural rigidity Digging work can be used or as formwork panels for concrete. Such baffles are then many times lighter than previously used steel billets. In tunnel construction, they are particularly suitable as curved sprout elements or formwork elements as well as load-bearing surface drainages. Due to their good sound insulation properties, they can be used as partitions and insulating walls for all kinds of purposes. Basically, they can be used as load-bearing floor slabs, both exposed and laid in a foundation. Use as roof elements is also possible. Thanks to their light weight and high stability, they are suitable as an excellent building material in vehicle construction. For example, floors and walls of truck bodies, truck trailers or motorhomes and caravans can be built from lightweight composite elements of the type described. All kinds of transport containers and containers can also be produced with it. Furthermore, they can be used as rigid and load-bearing cores for all kinds of sandwiches, for example if the cover plates are to be made of alternative materials, for example metal, wood or stone, etc., they are excellently suited as composite element cores. Self-supporting seals and intermediate storage in walls, roofs and floors with cavities are also conceivable, which are subsequently foamed by means of injections for further sealing. Outdoors, they can be used as temporary floor slabs for securing paths and squares, for example if there are weak floors that are to be heavily used. Emergency slopes, emergency roads, emergency routes and places can be created with it. It can even be used to build floating bridges or floating and load-bearing floors on marshy ground.
[0019] In Figur 7 ist schematisch die kontinuierliche Herstellung ebener Leichtbau- Verbundelemente aus wenigstens zwei Kunststoff-Noppenfolien gezeigt. Ab zwei Rollen, auf denen je eine ganze Bahn von Noppenfolie aufgewickelt ist, werden diese Noppenfolien abgerollt und einem Schweissautomaten zugeführt. Die sich über die Bahnbreite erstreckenden, angetriebenen Walzen 11 ,12 sind gummibeschichtet und sorgen für die Vorwärtsbewegung der beiden Bahnen, während die Stahlwalze 13 radial abstehende Stahlstifte 14 aufweist. Diese Stahlstifte 14 werden bei Rotieren der Stahlwalze 13 an einer elektrischen
Heizung 15 vorbeigeführt. Sie sind so im Umfang auf der Stahlwalze 13 voneinander beanstandet, dass sie unten jeweils in das Innere von benachbarten und einander folgenden Noppen hineingreifen. Dabei durchstossen sie schmelzend die Noppenböden und auch gleich die Noppenböden der jeweils gegenüberliegenden Noppen der unteren Noppenbahn. Dadurch wird eine Verschweissung der beiden Noppenbahnen erzielt. Die Walze 16 erzeugt den nötigen Gegendruck an der Schweiss-Stelle. Anstelle einer einzigen Nadelwalze 13 mit gegenüberliegender Gegendruckwalze 16 können auch zwei Walzen vorgesehen sein, die je ähnlich wie Nadeln oder Stifte 14 heizbare Bolzen aufweisen. Diese Bolzen sind dann jedoch nicht dazu bestimmt, die Noppenböden zu durchstechen. Vielmehr werden dann die beiden Walzen so angeordnet, dass die Bolzenenden, wenn sie von den beiden Seiten in die Noppenlöcher eingreifen, sich nur auf einen Abstand nähern, der etwas kleiner ist als die doppelte Noppenbodendicke. In dieser Weise wird eine Punktschweissung erzielt. Alle Noppenboden werden also auf ihrer Aussenseite mit dem jeweils gegenüberliegenden Noppenboden verschweisst, ohne dass die Noppenböden durchlöchert werden. Eine weitere Variante für die kontiniuerliche Herstellung der Leichtbau-Verbundelemente ist, gleich ein metallisches Gitternetz zwischen die beiden Noppenbahnen einlaufen zu lassen. Dieses Gitternetz ragt dann beidseits der aufeinanderliegenden Noppenbahnen zwischen denselben heraus. Dort kann über eine bestimmte Wegstrecke mittels Schleifkontakten eine elektrische Spannung an das Gitternetz angelegt werden, sodass es aufgrund elektrischer Widerstandshitze soweit erwärmt wird, dass die anliegenden Noppenenden zu schmelzen beginnen. Mit einem gleichzeitig von Anpresswalzen erzeugten Druck wird eine kontinuierliche elektrische Thermoschweissung erzielt. Anstelle von metallischen Gitternetzen können auch kohlenfaserverstärkte Kunststoff- Maschengitter eingesetzt werden, die eine solche elektrische Leitfähigkeit aufweisen, dass sie sich hinreichend für eine thermoelektrische Schweissung erhitzen lassen. Sollen die in dieser Weise hergestellten „endlosen" Verbundelemente noch mit Abdeckplatten versehen werden, so können diese aufgeschweisst oder aufgeleimt werden. Für das Aufschweissen können in gleicher Weise metallische Gitternetze oder kohlenfaserverstärkte Kunststoff- Gitter aufgelegt werden, die über eine gewisse Wegstrecke in gleicher Weise
elektrisch erhitzt werden. Die aufzuschweissenden Abdeckplatten werden dann von einem Roboter auf die Bahn aufgesetzt und der ganze Verbund läuft zwischen Gegendruckwalzen hindurch. Das gleiche Vorgehen kann selbstverständlich auch von unten erfolgen, dass also auch Abdeckplatten auf der Unterseite der verschweissten Verbundelement-Bahn aufgesetzt werden. Die Bahn ist nach dem Verschweissen der beiden Noppenfolien steif und lässt sich kaum mehr biegen. Sie wird dann laufend in Platten beliebiger Länge zugeschnitten, was mittels einer mitlaufenden Säge zu erfolgen hat.
In Figure 7, the continuous production of flat lightweight composite elements from at least two plastic knobbed films is shown schematically. From two rolls, on each of which a whole web of dimpled foil is wound, these dimpled foils are unrolled and fed to an automatic welding machine. The driven rollers 11, 12, which extend over the web width, are rubber-coated and ensure the forward movement of the two webs, while the steel roller 13 has radially projecting steel pins 14. These steel pins 14 are on an electric when the steel roller 13 rotates Heater 15 passed. Their circumference on the steel roller 13 is such that they reach into the interior of adjacent and successive knobs below. They melt through the studded bottoms and also the studded bottoms of the opposite studs of the lower studded sheet. This results in a welding of the two dimpled sheets. The roller 16 generates the necessary back pressure at the welding point. Instead of a single needle roller 13 with opposing counter-pressure roller 16, two rollers can also be provided, each having heatable bolts similar to needles or pins 14. However, these bolts are not intended to pierce the studded bottoms. Rather, the two rollers are then arranged in such a way that the bolt ends, when they engage in the nub holes from both sides, only approach a distance which is somewhat less than twice the nub base thickness. In this way, spot welding is achieved. All knobbed floors are therefore welded on their outer side to the knobbed bottom opposite each other without the knobbed bottoms being perforated. Another variant for the continuous production of the lightweight composite elements is to let a metallic grid run in between the two dimpled sheets. This grid then protrudes on both sides of the dimpled sheets lying between them. There, over a certain distance, an electrical voltage can be applied to the grid by means of sliding contacts, so that due to electrical resistance heat it is heated to such an extent that the adjacent knob ends begin to melt. Continuous electrical thermal welding is achieved with a pressure generated simultaneously by pressure rollers. Instead of metallic grids, carbon-fiber-reinforced plastic mesh grids can be used which have such an electrical conductivity that they can be heated sufficiently for a thermoelectric welding. If the "endless" composite elements produced in this way are still to be provided with cover plates, these can be welded or glued on. For the welding, metallic mesh or carbon-fiber reinforced plastic mesh can be applied in the same way, which over a certain distance in the same way be heated electrically. The cover plates to be welded on are then placed on the web by a robot and the entire assembly runs between counter-pressure rollers. The same procedure can of course also be carried out from below, so that cover plates are also placed on the underside of the welded composite element web. After the two studded foils have been welded, the web is stiff and can hardly be bent. It is then continuously cut into panels of any length, which has to be done with a rotating saw.