WO2003082573A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von verbundwerkstoffen - Google Patents

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WO2003082573A1
WO2003082573A1 PCT/EP2003/003303 EP0303303W WO03082573A1 WO 2003082573 A1 WO2003082573 A1 WO 2003082573A1 EP 0303303 W EP0303303 W EP 0303303W WO 03082573 A1 WO03082573 A1 WO 03082573A1
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WO
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adhesive
fibers
layer
cover layers
cover
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/003303
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jerry Karlsson
Heinrich Planck
Thomas Stegmaier
Hermann Finckh
Original Assignee
Hssa Sweden Ab
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Publication date
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Priority to CA2480689A priority patent/CA2480689C/en
Priority to AT03720394T priority patent/ATE482082T1/de
Priority to EP03720394A priority patent/EP1492672B1/de
Priority to JP2003580077A priority patent/JP2005527402A/ja
Priority to AU2003224014A priority patent/AU2003224014A1/en
Publication of WO2003082573A1 publication Critical patent/WO2003082573A1/de
Priority to US10/711,645 priority patent/US7951258B2/en

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/14—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers
    • B32B37/24—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer not being coherent before laminating, e.g. made up from granular material sprinkled onto a substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B32B37/10—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure
    • B32B2037/1081—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the pressing technique, e.g. using action of vacuum or fluid pressure using a magnetic force

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the production of (core) composite materials or composite structures (sandwich structures) from at least a first and at least a second cover layer, between which there is a core layer (middle layer) which has a composition of fibers, such as, in particular, short-cut Fibers (flock fibers, flock material), and adhesive.
  • cover layers and the fibers can each consist of steel, aluminum or other metallic materials, including alloys, or of non-metallic materials such as plastics (for example nylon), ceramics, textiles or cardboard or substances or mixtures of such substances composed thereof, neither of which Cover layers, the fibers still have to be made of the same material. Depending on the application, almost any material combination can be selected.
  • composite materials of the type mentioned numerous advantages over solid materials with the same dimensions can be achieved.
  • shape, density, thickness, length and orientation of the fibers for example, a particularly low weight, high bending stiffness or particularly good formability or flexibility as well as high mechanical and acoustic energy absorption can be achieved, the structures also having a insensitive and corrosion-resistant surface. All of these properties can be optimized in accordance with the intended processing (such as bending, deep drawing, welding, cutting, etc.) and the application of the composite material.
  • sandwich structures are known from WO 98/01295, which have metallic fibers between at least two plates. This is supposed to be in the first place
  • Line a higher temperature resistance can be achieved than with such structures, which contain fibers from organic substances.
  • the production which is also described in EP 0 333 685, is carried out by coating the plates with an adhesive and then applying the metallic fibers to at least one of the adhesive layers by acceleration in an electrostatic field (electrostatic flocculation process), so that they are fixed by the adhesive substantially perpendicular to the plate. Then the plates are pressed together and the adhesive is cured.
  • DE 41 31 394 discloses a sound insulation material which is formed from two outer layers, between which there is a core layer with a filler material pre-wetted with a binder, the three layers being pressed continuously during the production of the sound insulation material.
  • DE 36 21 599 describes a method and an apparatus for distributing short fiber material on a horizontally moving web, a funnel having a chamber having a dispensing opening from which the fiber material passes through a mesh screen onto which it is placed moving web is released and the mesh screen is moved laterally swinging. This is to achieve the most even possible distribution of the fiber material over the entire width of the web.
  • EP 0 014 973 describes a method for producing a molded part.
  • a PVC film web is coated with a liquid adhesive in a first station, and in a second station, flock fibers are applied to the adhesive layer by means of an electrostatic field.
  • the adhesive is then pre-dried with a heating device, so that the flock fibers stick in the form of a layer in the adhesive and the film web can be pressed and deformed with a carrier part.
  • DE 38 24 842 finally discloses a heat-insulating building board and a method for its production, in which, in a continuous process, an inner layer with lamellae of a heat-insulating filler mixed with a binder is introduced between two profiled sheets and these three layers with one between the Layers of injected adhesive can be glued to a sandwich structure.
  • all of these methods and devices essentially have the disadvantage that they are either only intended for the production of very specific elements and are therefore not universally applicable, or are not suitable for a continuous continuous process with which a large number of sandwich structures are produced per unit of time can be.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a device with which composite materials and structures of the type mentioned at the outset can be produced inexpensively and with high quality in a continuous continuous process with almost any shape.
  • the invention is also based on the object of specifying a method - in particular using such a device - by means of which composite materials and structures of the type mentioned at the outset can be produced inexpensively and with high quality in a continuous continuous process.
  • a significant advantage of these solutions according to the invention is that the device or the method can be used to produce composite materials and composite structures with a wide variety of properties and dimensions without having to change the device or the method significantly.
  • the composite materials and composite structures produced can in turn serve as a starting material for the production of almost any objects, so that a high degree of flexibility and considerable cost advantages can be achieved compared to the use of known devices and methods.
  • the applications relate in particular to the areas of vehicle technology (automotive and motorcycle technology), aircraft and shipbuilding, in each case also in the protection area (for example for armoring or encapsulating machines with rapidly rotating parts), as well as the manufacture of housings, containers, containers .
  • Packaging and even furniture whereby the composite materials and structures can be flat or curved - for example, three-dimensional form elements.
  • the subclaims contain advantageous refinements of individual components of the device or individual method steps, with which a targeted change of individual manufacturing parameters is possible, so that composite materials and structures with desired physical properties, for example with regard to their weight, their bending stiffness, are relatively simple , their formability or flexibility, their mechanical and acoustic energy absorption, their electrical and thermal conductivity, etc., and their processability can be achieved.
  • Figure 1 is a schematic diagram of a first embodiment of an inventive device for the production of composite panels. 2 shows a cross section through a first composite panel produced with the device according to FIG. 1;
  • 3a shows a cross section through an advantageous first device for applying an adhesive to a cover layer as part of a device according to the invention
  • 3b shows a three-dimensional representation of the first device according to FIG. 3a;
  • 3c shows a three-dimensional representation of an advantageous second device for applying an adhesive to a cover layer as part of a device according to the invention
  • 3d shows a three-dimensional representation of an advantageous third device for applying an adhesive to a cover layer as part of a device according to the invention.
  • FIG 4 shows a cross section through a second composite panel produced according to an advantageous embodiment of the method according to the invention.
  • the device according to the invention is intended to be based on an embodiment for the continuous production of composite panels from two cover layers in the form of metal foils, between which a core layer with flock fibers is introduced. If one or more such composite panels are used instead of one or both metal foils, a multiple composite structure can also be produced.
  • Figure 1 shows schematically such a device.
  • a metal foil with essentially twice the width it is also possible to introduce a metal foil with essentially twice the width, to split it in the longitudinal direction (conveying direction) and then to feed these parts in as the first and second metal foil as described below.
  • sheets 1; 2 which have already been cut can be cut instead of the wound metal foils 1, 2; 2a (if necessary with or on a separate conveyor belt) through the device. It is also conceivable to combine a supply of wound metal foil and individually cut sheets of the metal foil. Thus, for example, the metal foil 2 shown in FIG. 1 could be replaced by cut sheets 2a or the metal foil 1 by cut sheets la.
  • the term metal foil being used as a representative. This also applies if, instead of a metal foil, a foil or cover layer made of another material, such as those mentioned at the beginning, is used.
  • the first metal foil 1 is first guided by a first roller 3 past a first device 4 with which an adhesive 5 is applied to the first metal foil 1.
  • the second metal foil 2 is guided over a second roller 6 and runs past a second device 7 with which an adhesive 5 is applied to the second metal foil 2.
  • the metal foils 1, 2 must be pretreated in a conventional manner, for example by etching and / or roughening, or subjected to a corona treatment and surface cleaning (not shown) before the adhesive 5 is applied.
  • the first metal foil 1 coated with adhesive 5 is then passed through a flocking device 8, which is preferably encapsulated and air-conditioned (Encapsulation and air conditioning not shown) and with which the individual fibers 9 with a thickness of, for example, about 5 to about 40 ⁇ m, in particular about 22 ⁇ m, and a length of between about 0.1 and about 20 mm, in particular between about 1 and about 5 mm of existing flock material is applied to the surface of the first metal foil 1 coated with adhesive 5 in such a way that the fibers 9 are as individual as possible and with a desired orientation relative to the first metal foil 1, generally perpendicular to be fixed in the adhesive layer.
  • This process is also known as the flocculation process.
  • the two metal foils 1, 2 are then brought together on a third roll 10 and then passed into a dryer 12.
  • the dryer 12 has a first upper conveyor belt 121 'and a second lower conveyor belt 121 "at its entrance and a third upper conveyor belt 122' and a fourth lower conveyor belt 122" at its exit.
  • the conveyor belts 121 ', 121 ", 122', 122" are driven by a drive device (not shown), the first and third conveyor belts 121 ', 122' on the composite material from above and the second and fourth conveyor belts 121 ", 122” acts on the composite material from below.
  • the conveyor belts 121 ', 121 "; 122', 122" there is a heating or cooling device with a continuous pressing unit 123 opposite the first and second metal foils 1, 2.
  • the two metal foils 1, 2 are conveyed by means of the conveyor belts 121 ', 121 "; 122', 122” through the two presses 123.
  • the metal foils 1, 2 are optionally heated and pressed together at the same time with the pressing units 123, so that the adhesive 5 hardens and a secure connection between the two metal foils 1, 2 and the fibers 9 is achieved.
  • the metal foils 1, 2 are then cooled to ambient temperature in a defined manner in order to avoid warping.
  • a calibration device 124 is located between the two pairs of conveyor belts 121 ', 121 "and 122', 122", with which the metal foils 1, 2 are pressed together and pressed at a desired distance between two rollers, which can also be driven.
  • Such a (further) calibration device can additionally or alternatively also be located between the third roller 10 and the first pair of conveyor belts 121 ', 121 ".
  • a cutting device 13 At the exit of the dryer 12 there is finally a cutting device 13 with which the pressed metal foils 1, 2 are cut in the desired manner.
  • a further drive device (not shown) can be provided, by means of which the first and second rollers 3, 6 are rotated.
  • FIG. 2 shows a cross section through a first composite panel produced with the device, in which the first and second metal foils 1, 2, and the core layer 30 between them with essentially perpendicular fibers 9, and the two layers of adhesive 5 can be seen ,
  • the two devices 4, 7 for applying the adhesive 5 to the metal foils 1, 2 can be designed in different ways and work according to different methods.
  • the selection of the method depends in particular on the type and consistency of the adhesive 5, the surface of the metal foils 1, 2 and on whether the entire surface or only certain areas are to be coated with adhesive 5.
  • the first and second rolls 3, 6, their surroundings and / or the metal foils 1, 2 in this area and in the area of the flocking device 8 may also be heated (for example with an air stream, by infrared) - or UV radiation or by induction, etc.) to prevent the adhesive 5 from cooling too early and to facilitate its application or to keep it liquid to such an extent that the fibers 9 are securely contained therein during the subsequent flocking can penetrate.
  • the adhesive 5 has a correspondingly low viscosity, it could also be partially hardened by the heating in order to be able to securely fix the fibers 9.
  • a heating device above the sieves 47, 77 and to heat the adhesive 5 and / or the sieve 47, 77 in order to increase the viscosity of the adhesive 5 by a corresponding increase in temperature reduce and improve its fluidity.
  • this can also be provided with a corresponding non-stick coating and / or a surface structure which facilitates detachment.
  • the adhesive 5 can also be applied in several layers one above the other. On the one hand, this can serve to achieve a certain layer thickness, in particular when a second layer is applied to the first layer with reduced pressure. On the other hand, a second coating process can also be used to complete and close the first layer, in particular if (sufficient) adhesive could not be applied to all locations with the first screen printing process. These coating processes can also be repeated several times and with different pressure.
  • FIGS. 3a to 3c A further alternative, in which the principle known from screen printing is also used, is shown schematically in FIGS. 3a to 3c.
  • the adhesive 5 is applied to the first metal foil 1.
  • the second metal foil 2 or a further or different cover layer can of course also be coated with adhesive 5. be layered.
  • a flexible tape which is partially permeable to the adhesive 5, for example a textile tape 41 is guided by means of three rollers 42, 43, 44 and pressed onto the metal foil 1 to be coated.
  • the textile belt 41 is generally carried along by the conveyed metal foil 1, so that a separate drive may not be necessary.
  • the adhesive application can in turn be influenced essentially by the position, the material, the pressure and the shape of the squeegee.
  • the adhesive 5 carried along with the textile tape 41 is preferably removed in the region of the roller 44 by a stripping element (not shown). At least one of the rollers 42, 43, 44 is preferably slidably mounted, so that the tension of the textile belt 41 can be adjusted.
  • FIG. 3 c shows an embodiment in which the textile band 41 is stretched onto a drum 411, within which the funnel 461 for the adhesive and the doctor blade 45 are arranged.
  • a sieve can also be designed in the form of a drum permeable to the adhesive 5 (rotary screen printing technology), in which the doctor blade is located and into which the adhesive 5 is introduced, so that when the drum rolls off on the metal foil 1, 2 reaches the metal foil 1, 2 through the wall of the drum.
  • the detachment of the adhesive can be improved by increasing the drum diameter.
  • Such patterns can, for example, have a honeycomb structure that is made up of a Number of polygons (triangle, pentagon, hexagon, octagon).
  • adhesive patterns in the form of spirals, serpentines, rectangles, circles, dots, circular lines, ellipses, stars, crosses, as well as other geometric shapes and any combination thereof can be generated.
  • the choice of such a pattern can be made not only to save adhesive 5 and fiber material, but also depending on the later use of the composite panel. If, for example, the composite panels are to be welded or cut, the metal foils 1, 2 are not coated with adhesive 5 at the later welding points or weld seams or cutting lines in order to achieve a particularly clean weld seam or cutting edge which is free of adhesive 5 and thus is also free of fibers 9. In addition, there are no fumes due to burning glue during welding. If no adhesive 5 is applied along the crease or fold edges, the subsequent processing in this regard is also facilitated.
  • An only local coating with adhesive 5 is also appropriate if specifically different (directional) mechanical, acoustic, thermal, absorption, vibration or other physical properties of the composite material (gradient material properties) are to be achieved.
  • such a selective adhesive application can in particular also be achieved with a spray system if it has a plurality of individually controllable spray nozzles which are preferably heatable in order to achieve or maintain a sufficiently low adhesive viscosity.
  • a spray system is preferably computer-controlled, so that almost any adhesive pattern can be produced on the metal foils 1, 2 in a relatively simple manner.
  • a slot die which may be heated, with which a first adhesive layer (pre-application) or the entire adhesive layer (pre-application and final application) is applied.
  • a further possibility is to apply the adhesive 5 according to FIG. 3d from the funnel 461 by doctoring directly onto the metal foils 1, 2.
  • the metal foil 1, 2 in question is generally guided past the doctor blade with a roller 50 or — in the case of a discontinuous method — fixed on a vacuum table.
  • the adhesive 5 can also be rolled up and then with a knife blade or the like. can be calibrated, in both cases after the application a certain adhesive pattern can also be introduced with a comb-like doctor blade, which is drawn over the metal foil 1, 2 coated with adhesive.
  • the type of adhesive 5 used is essentially determined by the type of application, the subsequent application of the composite material and in particular its desired properties such as rigidity or flexibility, strength, etc., and the type and distribution of the flock fibers.
  • adhesives 5 are suitable which have a certain flexibility even in the hardened state.
  • known hot melt adhesives or epoxy adhesives can be used.
  • the composite material is to be processed by forming processes such as deep drawing, it is preferable to use adhesives, the strength of which decreases as a result of heating even in the hardened state.
  • the composite material then becomes more flexible and elastic overall and can be deformed to a greater extent without damage, the forces required for this also being lower. With appropriate choice of adhesive and sufficient heating, manual molding may even be possible.
  • the adhesive 5 to the metal foils 1, 2 in the form of an adhesive foil or a plurality of adhesive foil sections, it also being possible for patterns of any shape (for example by punching out) to be introduced into the adhesive foil.
  • the adhesion to the metal foils 1, 2 can be achieved, for example, by means of an electrostatic charge.
  • the thickness of the film either corresponds to the thickness of the desired adhesive layer, or an adhesive film of greater thickness is stretched and rolled out accordingly. Air pockets can thus be avoided or eliminated at the same time.
  • the adhesive layer is preferably covered with a non-adhesive protective film, so that the metal film in question can be rolled up into a roll.
  • the protective film is removed manually or automatically (not shown).
  • first metal foil 1 with a viscous adhesive 5 in the manner described above, to apply an adhesive foil to the fibers 9 after flocking, and then to press the second metal foil 2 with it, if necessary after heating.
  • the flocculation device 8 is used to carry out the flocculation process.
  • the flocking device 8 can also work according to various methods, which are selected depending on the type of material from which the fibers 9 are made, as well as the thickness, the length and the desired density or distribution of the fibers 9 on the first metal foil 1 become.
  • the fibers 9 should be fixed as perpendicularly as possible to the surface of the metal foils 1, 2. If, on the other hand, the highest possible stiffness of the composite material is sought, the fibers 9 should be arranged to a greater extent in a disordered manner and in particular be arranged obliquely or diagonally and crossing one another.
  • the viscosity of the adhesive 5 can be reduced during the flocking in order to ensure that the fibers 9 can penetrate the adhesive layer to a sufficient extent.
  • the starting substance for the flocculation process is generally a bundle of metallic wires or a bundle of fibers made from one of the other materials mentioned at the beginning, which are first cut to a desired length. the.
  • the embodiment of the flocking device 8 shown in FIG. 1 has one (or more) container 81, into which the cut fibers 9 are introduced and which are each provided with a bottom permeable to the fibers 9, through which the fibers 9 pass onto the first metal foil 1 can reach.
  • the container 81 on the one hand and the metal foil 1 on the other hand are placed on different electrical and / or magnetic potentials, so that an electrical and / or magnetic field 82 arises between the two.
  • a corresponding voltage source and means for generating the electrical and / or magnetic field are provided.
  • the field strength 82 and the permeability of the bottom of the container 81 are coordinated with one another in such a way that the fibers 9 pass through the bottom, are accelerated by the electric and / or magnetic field in the direction of the metal foil 1 and then penetrate the adhesive layer with one end , so that they remain there, for example, essentially perpendicular to the metal foil 1.
  • the distance between the container 81 and the metal foil 1 and the speed at which the metal foil 1 is moved can be changed. Furthermore, there is the possibility of providing at least one vibration device (not shown) with which the container 81 for increasing or modulating the amount of fibers 9 passing through the floor in question and for loosening them up with a preferably adjustable vibration movement in a horizontal and / or vertical direction Direction is exposed.
  • Another parameter with which the density and the distribution or homogeneity of the fibers 9 can be influenced is the type of bottom of the container 81. This relates in particular to the number, the size, the shape and the density of the openings in the relevant bottom In order to achieve different delivery quantities of fibers 9, corresponding aperture devices can also be provided, with which at least some of the openings can be closed completely or partially.
  • the bottom of the container 81 is designed as a sieve, its discharge properties can also be shaped, embossed and / or Structuring can be influenced.
  • a sieve is preferably to be used in combination with a vibrating device (“shaking sieve”) in order to loosen, separate and separate the fibers introduced into the relevant container 81, and thereby to prevent the sieve from becoming entangled at individual points Fibers more or less clogged.
  • Such a coating can also be a component of a two-component adhesive, the second component being applied to the metal foil 1 or 2 to be coated using the first or second device 4, 7 as described above.
  • an electrode (not shown) can be arranged between the container 81 and the metal foil 1, for example in the form of a ring, which is placed at such a voltage potential with respect to the metal foil 1 or the container 81 that the fibers 9 follow the principle of the triode tube can also be accelerated or braked.
  • the quantity of fibers released and the direction in which the fiber stream is directed onto the metal foil 1 can also be controlled using the functional principle known from the Braun tube.
  • a device designed like a Wehnelt cylinder and various cylindrical electrodes can be used to focus and accelerate a corresponding fiber stream, which is also directed to the metal foil 1 with electrical and / or magnetic fields by correspondingly controlling the devices generating these fields in different directions.
  • both cover layers can also be flocked with a positive-negative pattern in such a way that after their joining, the flocked areas in the core layer lie next to each other or interlock tooth-like.
  • a metal foil with a substantially double width is fed in, which is divided in the longitudinal direction after the application of the adhesive and the flocking and, if appropriate, a pre-curing of the adhesive then fold the two halves together, press them together and finally harden them.
  • stencils can be used for flocking, with which a pattern in the form of flocked areas is produced on one cover layer, which pattern represents the negative (ie non-flocked areas) of the pattern on the other cover layer, so that they complement each other when joining the cover layers.
  • the stencils are preferably in the form of a band, for example made of a textile or a foil material, and are each guided in the manner of an endless band with three guide rollers at the same speed as the top layer to be flocked. This has the advantage that excess fibers 9 that have not reached the cover layer in question through the openings in the template can be removed in the region of one of the guide rollers with a stripping or suction device.
  • the fibers 9 can also be applied through tubes arranged according to the respective pattern and having a desired cross-section, the tubes (not shown) in each case just above the adhesive end of the material layer of the respective metal foil 1, 2 and optionally have a sieve there, so that they essentially perform the function of the container 81.
  • the fibers 9 can be accelerated or influenced with electrical and / or magnetic fields as explained above.
  • Another way of achieving a specific density distribution of the fibers 9 is to apply a foaming adhesive 5 in a punctiform manner to different locations on the first metal foil 1, then to place a tuft of fibers there and to pre-harden the adhesive 5. Due to the foam that occurs, the individual fibers 9 are spaced apart from one another and / or fanned out in their direction like a bouquet of flowers, so that locally regions with a relatively uniform fiber density arise, the number and the distance of these locations again depending on the intended application of the composite material can be determined. The joining of the metal foils 1, 2 and the final curing of the adhesive is then carried out in accordance with the explanation below.
  • a cutting device can be provided with which the supplied fiber bundles are cut over the metal foil 1 with a laser beam or in a mechanical manner and then directly - for example under the action of a constant or variable electrical and / or magnetic field as explained above - on the metal foil 1.
  • Another possibility is to first fix the fibers 9 in an essentially uncut state on the adhesive layer and then to cut them off, for example with a knife or a laser beam, at a desired height above the metal foil 1.
  • a constant or swirled air flow can be directed onto the fibers 9 and / or the metal foil 1 during or immediately after the application of the fibers 9.
  • a corresponding blower device (not shown) is preferably provided in the area of the flocking device 8. If the fibers 9 are aligned with a common preferred direction obliquely to the surface of the metal foil 1 should be the use of a blade, which is brushed over the flocked surface after the application of the fibers 9.
  • the fibers 9 can also be aligned with a corresponding electrical and / or magnetic field.
  • the parameters with which the alignment can be influenced are essentially the strength and direction of the field, the distance of the device producing the field from the flocked surface and the speed of movement of the flocked surface.
  • An alignment of the fibers 9 can also be achieved by a plurality of relatively small field generating devices which are controlled individually, and can be adjusted in a pattern-like manner over the entire flocked area.
  • Another possibility is to lead the flocked surface past under a metal rod, the metal rod and the fibers 9 being at such potentials that the fibers 9 are attracted or repelled by the metal rod and are thus inclined.
  • a third device (not shown) is provided, with which the fibers 9 lying between these areas are removed before the metal foils 1, 2 can be put together.
  • This third device can be a blow-off or suction device, or the fibers are removed, for example, by means of an electrical and / or magnetic field.
  • the hardening can take place, for example, with a corresponding hot air stream, by inductive heating or by irradiation with infrared or UV light immediately before the first metal foil 1 enters the flocking device 8. If there is a risk that the metal foil 1 warps, this can be prevented by either only partially coating it with adhesive 5 and / or by using a metal foil 1 with greater strength.
  • an adhesive 5 with a very high viscosity it may be sensible to make it a little more fluid before flocking by heating, so that the fibers 9 can penetrate the adhesive layer better.
  • This also applies to the adhesive 5 applied to the second metal foil 2 before it is joined together with the first metal foil 1.
  • Such heating can in turn be carried out, for example, with the aid of a warm air stream, by irradiation with infrared or UV light, by inductive heating of the Adhesive 5 mixed with metal particles and / or the metal foils 1, 2 and / or the fibers 9, or, as already mentioned, can be achieved with the help of the heated rollers 3, 6.
  • An alternative to flocking the metal foil 1 with fibers 9 is to apply a mixture of adhesive 5 and fibers 9 produced with a mixer to the first and / or the second metal foil 1, 2 instead of the adhesive 5.
  • this enables a particularly arbitrary and disordered alignment of the fibers relative to the surface of the metal foils 1, 2 to be achieved.
  • the fibers 9 with different types, densities, thicknesses, lengths, materials and / or different orientations relative to the cover layers can at least one of the cover layers are applied, wherein the measures described above can also be combined with one another if necessary.
  • the mutual displaceability of the cover layers can have a significant influence on these direction-dependent properties.
  • the configuration of the dryer 12, with which the two metal foils 1, 2 are firmly connected to one another by pressing together and curing the adhesive 5 the, and in particular their distance, the level of temperature and pressure and the duration of their action on the metal foils 1, 2, is essentially dependent on the type of adhesive 5 used and the thickness and quality of the metal foils 1, 2.
  • the hot-melt adhesives which are liquid in the warm or hot state and harden by cooling
  • other adhesives such as epoxy adhesives, which harden through the action of heat.
  • the pressing plant 123 may also have a corresponding heating device.
  • such an adhesive is particularly advantageous, the strength of which decreases with increasing temperature, so that the core layer flows smoothly into the shape of the Can adapt metal foils 1, 2.
  • metal foils 1, 2 do not warp during hardening, as homogeneous and uniform heating as possible in the pressing plant 123 and then subsequent cooling as evenly as possible, in each case as far as possible of both metal foils 1, 2 simultaneously.
  • the starting temperature can be about 100 ° C., for example, depending on the curing temperature of the adhesive and the thickness of the metal foils 1, 2.
  • Another possibility is not to bring the two metal foils 1, 2 directly into contact with the pressing units 123, but rather between them and the metal foils 1, 2 in each case a surface element such as a sheet, a metal plate, a foil, a textile material, etc to be introduced, which has a higher thermal capacity and / or poorer thermal conductivity than the metal foils 1, 2. It is thereby achieved that the metal foils 1, 2 are not suddenly heated at the (first) points of contact with the pressing works 123, but that a temperature gradient arises between the press plates and the metal foils 1, 2, via which they are heated evenly and more slowly.
  • the heating process can be optimized by a suitable choice of the material for the surface elements and their thickness.
  • the surface elements can also serve to ensure a uniform cooling of the metal foils 1, 2 and thus to avoid warping. If necessary, the cooling can also be controlled by a coolant guided along or over the free sides of the surface elements. For this purpose, the surface elements can also have corresponding coolant channels.
  • the risk of dents being formed can also be largely avoided by reducing the temperature in the pressing unit 123 and, accordingly, extending the pressing time accordingly.
  • the two metal foils 1, 2 can be heated particularly evenly and quickly by means of an inductive heater (not shown) known per se. This applies in particular when the fibers 9 are metallic and the adhesive 5 also contains metallic particles, since in this case the heat also arises between the metal foils 1, 2 and enables particularly rapid and uniform heating of the adhesive 5 and also warping of the Metal foils 1, 2 is prevented.
  • an inductive heater not shown
  • the distance to which the metal foils 1, 2 are compressed in the dryer 12 can generally be set.
  • two alternatives can be distinguished with regard to the compactness of the resulting core layer, which lead to different material properties.
  • the distance is so large and / or the amount of adhesive 5 or the thickness of the adhesive layer is so small that the free ends of the fiber 9 on the first metal foil 1 are only so far into the adhesive layer on the second metal foil 2 penetrate so that a secure connection between the two metal foils 1, 2 is guaranteed after curing of the adhesive.
  • the metal foils 1, 2 are pressed together to such a small distance and / or the amount of adhesive 5 or the thickness of the adhesive layer is increased to such an extent that between the metal foils 1, 2 there is an essentially homogeneous, completely foaming or foaming the fibers enclosing and porous or compact core layer is created.
  • any air bubbles present in the adhesive layer can essentially escape, or that the adhesive layer is at least essentially free of such bubbles before the metal foils 1, 2 are joined together.
  • This can be achieved, for example, in that a certain period of time elapses between the application of the adhesive 5 and the joining of the metal foils 1, 2, or a (hot) air flow is passed over the adhesive layer, so that the bubbles located below its surface dissolve - burst.
  • the fibers 9 can first be introduced into a carrier substance 91 in the form of a sheet of paper or a similar material, as shown in FIG.
  • the fibers 9 are then brought to the desired length by shortening the free ends (for example by means of a laser beam) before an electrically conductive adhesive 5 is applied to the fiber tips and the carrier substance 91 is then placed on the first metal foil 1.
  • the fibers 9 are then glued onto the first metal foil 1 by induction heating of the adhesive 5.
  • the carrier substance 91 ensures that it maintains its essentially vertical position relative to the metal foil 1 or - if it has been introduced into the carrier substance 91 at an angle of attack - this angle during the gluing process.
  • the carrier substance 91 can be removed and the second metal foil 2 can be applied, for example, with a further such adhesive process.
  • metallic fibers 9 directly to the metal foil 1 by inductive tack welding.
  • a substrate is first applied to the first metal foil 1, into which the fibers 9 can easily penetrate during flocking, so that they are fixed.
  • the first metal foil 1 is then heated inductively.
  • a targeted heating of the transition between the first metal foil 1 and the fibers 9 can be achieved, so that both are welded together.
  • the second metal foil 2 is then applied in the same way or according to one of the other types explained above.
  • the production processes described above can also be used if, instead of one or both metal foils 1, 2 or metal plates, a non-metallic material (for example plastics such as Kevlar or the like) is used as the cover layer, or if the fibers 9 are made of a non-metallic material.
  • a non-metallic material for example plastics such as Kevlar or the like
  • sheets of paper or cardboard instead of one or both metal foils 1, 2, as a result of which considerable weight savings can be achieved.
  • cover layers and the (one or more) core layer (s) can be realized. So z.
  • a combination of metal and non-metal can be chosen for the two cover layers, between which there is a core layer with metal fibers.
  • the outer cover layers may be advantageous to produce the outer cover layers from a non-metallic material, such as in particular a plastic, in order to make the composite structure corrosion-resistant, while the inner cover layers consist of a metallic material in order to achieve certain physical properties of the structure , wherein the core layers can also contain metallic and / or non-metallic fibers.
  • spherical, square or similarly shaped bodies made of metallic and / or non-metallic materials and / or with different dimensions can also be used.
  • the method according to the invention is also suitable for producing multiple composite structures in which several layers of the type described above are joined with fiber material, or by applying an additional layer of the same or a different material to the composite structure in order to have these special mechanical or other properties to rent.
  • a simple composite structure ie one with three layers
  • a simple composite structure ie one with three layers
  • a cover layer or a further simple composite structure in order to connect the two to one another by producing a core layer in the manner described.
  • a double-walled tube could also be created by first coating and flocking an inner tube with adhesive and then laying a sheet of metal around it or winding a strip of metal or another material as the outer tube in a spiral shape and curing the adhesive.
  • the strength of the composite structures produced in the manner described above can optionally also be increased further by final tempering.
  • the mechanical properties of the composite materials according to the invention can be calculated relatively accurately using the numerical method of the finite elements.
  • the influences of the density, the diameter, the alignment, the fixation and the material of the fibers used, the influences of the material and the layer thickness of the adhesive, and the material and the thickness of the outer layers can be determined.
  • the influences of various adhesive or flocking patterns (shape, area coverage, pattern) on the cover layers on the mechanical and thermodynamic properties can also be determined.
  • the numerical method of finite elements can also be used to investigate the heat distortion of the composite materials, especially when combining different materials. For this purpose, the residual stress state, which arises from the different thermal expansions in the adhesive and the cover layers, is calculated. Finally, the method according to the invention is also suitable for producing workpieces from preformed cover layers which are coated with adhesive in the manner described, flocked and then joined together if the corresponding devices for holding and guiding the cover layers are designed in a suitable manner.

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Abstract

Es werden Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Kern-Verbundwerk­stoffen (Sandwichstrukturen) aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Deckschicht (1, 2), zwischen denen sich eine Kernschicht (Mittelschicht) (30) mit insbesondere kurzgeschnittenen Fasern (9) befindet, beschrieben, mit de­nen eine kontinuierliche und im wesentlichen unterbrechungsfreie Herstellung mög­lich ist, die zu relativ kostengünstigen Verbundwerkstoffen führt. Mit verschiedenen Ausführungsformen können ausserdem einzelne Herstellungsparameter gezielt ver­ändert werden, so dass in relativ einfacher Weise Verbundwerkstoffe mit gewünsch­ten physikalischen Eigenschaften z. B. im Hinblick auf ihre Festigkeit, Steifigkeit, Flexibilität, ihr mechanisches und akustisches Absorptionsvermögen, ihre Verarbeitbarkeit usw. sowie für neue Anwendungen hergestellt werden können.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von (Kern-) Verbundwerkstoffen oder Verbundstrukturen (Sandwichstrukturen) aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Deckschicht, zwischen denen sich eine Kernschicht (Mittelschicht) befindet, die eine Zusammensetzung aus Fasern, wie insbesondere kurzgeschnittenen Fasern (Flockfasern, Flockmaterial), und Klebstoff aufweist.
Die Deckschichten und die Fasern können dabei jeweils aus Stahl, Aluminium oder anderen metallischen Materialien, auch Legierungen, oder aus nichtmetallischen Materialien wie Kunststoffen (zum Beispiel Nylon), Keramik, Textilien oder Pappe oder daraus zusammengesetzten Stoffen oder Mischungen solcher Stoffen bestehen, wobei weder die Deckschichten, noch die Fasern aus dem gleichen Material hergestellt sein müssen. Je nach Anwendungszweck können fast beliebige Materialkombinationen gewählt werden.
Beispielhafte Materialien für die Deckschichten und die Kernschicht sind in der EP 1 059 160 genannt, die durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Offenbarung gemacht werden soll.
Mit Verbundwerkstoffen der genannten Art lassen sich zahlreiche Vorteile gegenüber massiven Werkstoffen mit gleichen Abmessungen erzielen. In Abhängigkeit von der Art, Form, Dichte, Dicke, Länge und Ausrichtung der Fasern ist zum Beispiel ein besonders geringes Gewicht, eine hohe Biegesteifigkeit oder eine besonders gute Formbarkeit bzw. Flexibilität sowie eine hohe mechanische und akustische Energieabsorption erzielbar, wobei die Strukturen außerdem eine unempfindliche und korrosionsbeständige Oberfläche aufweisen können. Alle diese Eigenschaf- ten können entsprechend der vorgesehenen Verarbeitung (wie Biegen, Tiefziehen, Schweißen, Schneiden usw.) sowie der Anwendung des Verbundmaterials gezielt optimiert werden.
Aus der WO 98/01295 sind zum Beispiel Sandwichstrukturen bekannt, die zwi- sehen mindestens zwei Platten metallische Fasern aufweisen. Damit soll in erster
Linie eine höhere Temperaturfestigkeit erzielt werden als mit solchen Strukturen, die Fasern aus organischen Stoffen enthalten. Die Herstellung, die auch in der EP 0 333 685 beschrieben wird, erfolgt dabei in der Weise, dass die Platten mit einem Klebstoff beschichtet und anschließend die metallischen Fasern durch Beschleunigung in einem elektrostatischen Feld auf mindestens eine der Klebstoffschichten aufgebracht werden (elektrostatischer Flockungsprozess), so dass sie durch den Klebstoff im wesentlichen senkrecht zu der Platte fixiert werden. Anschließend werden die Platten aneinandergepresst und der Klebstoff ausgehärtet.
Weiterhin ist aus der DE 41 31 394 ein Schalldämmaterial bekannt, das aus zwei äu- ßeren Schichten gebildet ist, zwischen denen sich eine Kernschicht mit einem mit einem Bindemittel vorbenetzten Füllmaterial befindet, wobei die drei Schichten bei der Herstellung des Schalldämmaterials kontinuierlich verpresst werden.
In der DE 36 21 599 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verteilen von kurzem Fasermaterial auf einer sich waagerecht bewegenden Bahn beschrieben, wobei ein Trichter mit einer Kammer vorgesehen ist, die eine Abgabeöffhung aufweist, aus der das Fasermaterial durch ein Maschensieb hindurch auf die sich bewegende Bahn abgegeben wird und wobei das Maschensieb seitlich schwingend bewegt wird. Damit soll eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Fasermaterials über die gesamte Breite der Bahn erzielt werden.
Weiterhin wird in der EP 0 014 973 ein Verfahren zur Herstellung eines Formteils beschrieben. Dabei wird eine PVC-Folienbahn in einer ersten Station mit einem flüssigen Klebstoff beschichtet, und in einer zweiten Station werden mittels eines elektrostatischen Feldes Flockfasern auf die Klebstoffschicht aufgebracht. Anschließend wird der Klebstoff mit einer Heizeinrichtung vorgetrocknet, so dass die Flockfasern in Form einer Schicht in dem Klebstoff haften bleiben und die Folienbahn mit einem Trägerteil verpresst und verformt werden kann.
In der DE 38 24 842 ist schließlich eine wärmeisolierende Bauplatte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung offenbart, bei dem in einem kontinuierlichen Prozess zwischen zwei profilierte Bleche eine innere Schicht mit Lamellen eines mit einem Bindemittel versetzten wärmeisolierenden Füllstoffes eingebracht und diese drei Schichten mit einem zwischen die Schichten eingespritzten Klebstoff zu einer Sand- wichstruktur verklebt werden. Alle diese Verfahren und Vorrichtungen haben jedoch im wesentlichen den Nachteil, dass sie entweder nur zur Herstellung ganz bestimmter Elemente vorgesehen und somit nicht universell anwendbar sind, oder nicht für einen kontinuierlichen Durchlaufprozess geeignet sind, mit dem eine hohe Stückzahl von Sandwichstruk- turen pro Zeiteinheit hergestellt werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit der Verbundwerkstoffe und -Strukturen der eingangs genannten Art mit nahezu beliebiger Form kostengünstig und mit hoher Qualität in einem kontinuierlichen Durchlaufprozess gefertigt werden können.
Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren - insbesondere unter Anwendung einer solcher Vorrichtung - anzugeben, mit dem Verbundwerkstoffe und -Strukturen der eingangs genannten Art kostengünstig und mit hoher Qualität in einem kontinuierlichen Durchlaufprozess gefertigt werden können.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 bzw. mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil dieser erfindungsgemäßen Lösungen besteht darin, dass mit der Vorrichtung bzw. dem Verfahren Verbundwerkstoffe und Verbundstrukturen mit unterschiedlichsten Eigenschaften und Abmessungen herstellbar sind, ohne die Vorrichtung oder das Verfahren wesentlich verändern zu müssen. Die hergestellten Verbundwerkstoffe und Verbundstrukturen können wiederum als Ausgangsmaterial zur Herstellung von nahezu beliebigen Gegenständen dienen, so dass eine hohe Flexibilität und erhebliche Kostenvorteile im Vergleich zur Anwendung von bekannten Vorrichtungen und Verfahren erzielt werden können.
Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsge- mäßen Verfahren Verbundwerkstoffe und -Strukturen mit neuen Eigenschaften und für neue Anwendungen hergestellt werden.
Die Anwendungen betreffen dabei insbesondere die Bereiche Fahrzeugtechnik (Automobil- und Motorradtechnik), Flugzeug- und Schiffbau, jeweils auch im Schutz- bereich (zum Beispiel zur Panzerung oder Einkapselung von Maschinen mit schnell drehenden Teilen), sowie die Herstellung von Gehäusen, Behältern, Containern, Verpackungen und sogar Möbeln, wobei die Verbundwerkstoffe und -Strukturen flächig oder gewölbt - zum Beispiel auch dreidimensionale Formelemente - sein können.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen einzelner Komponenten der Vorrichtung bzw. einzelner Verfahrensschritte zum Inhalt, mit denen eine gezielte Veränderung einzelner Herstellungsparameter möglich ist, so dass in relativ einfacher Weise Verbundwerkstoffe und -Strukturen mit gewünschten physikalischen Eigenschaften zum Beispiel im Hinblick auf ihr Gewicht, ihre Biegesteifigkeit, ihre Formbarkeit bzw. Flexibilität, ihre mechanische und akustische Energieabsorption, ihre elektrische und thermische Leitfähigkeit usw. sowie ihre Verarbeitbarkeit erzielt werden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer ersten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Verbundplatten; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mit der Vorrichtung gemäß Figur 1 hergestellte erste Verbundplatte;
Fig. 3a einen Querschnitt durch eine vorteilhafte erste Einrichtung zum Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Deckschicht als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3b eine dreidimensionale Darstellung der ersten Einrichtung gemäß Figur 3a;
Fig. 3c eine dreidimensionale Darstellung einer vorteilhaften zweiten Einrichtung zum Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Deckschicht als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3d eine dreidimensionale Darstellung einer vorteilhaften dritten Einrichtung zum Aufbringen eines Klebstoffs auf eine Deckschicht als Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Fig. 4 einen Querschnitt durch eine gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte zweite Verbundplatte.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll im folgenden anhand einer Ausführungsform zur kontinuierlichen Herstellung von Verbundplatten aus zwei Deckschichten in Form von Metallfolien, zwischen die eine Kernschicht mit Flockfasern eingebracht wird, erläutert werden. Wenn anstelle einer oder beider Metallfolien eine oder mehrere solche Verbundplatten verwendet werden, kann damit auch eine mehrfache Verbundstruktur hergestellt werden.
Figur 1 zeigt schematisch eine solche Vorrichtung. Eine erste und eine zweite Metallfolie 1, 2, die jeweils eine Dicke von zum Beispiel etwa 0,2 mm aufweisen, werden in jeweils aufgewickelter Form in die Vorrichtung eingebracht. Alternativ dazu ist es auch möglich, eine Metallfolie mit im wesentlichen doppelter Breite einzu- bringen, in Längsrichtung (Förderrichtung) zu teilen und diese Teile dann als erste und zweite Metallfolie entsprechend der folgenden Beschreibung zuzuführen.
Als weitere Alternative können anstelle der aufgewickelten Metallfolien 1, 2 bereits zugeschnittene Bögen la; 2a (gegebenenfalls mit bzw. auf einem gesonderten Transportband) durch die Vorrichtung geführt werden. Denkbar ist dabei auch die Kombination einer Zuführung von aufgewickelter Metallfolie und einzelnen zugeschnittenen Bögen der Metallfolie. Somit könnte zum Beispiel die in Figur 1 dargestellte Metallfolie 2 durch zugeschnittene Bögen 2a oder die Metallfolie 1 durch zugeschnittene Bögen la ersetzt werden. Die folgenden Erläuterungen gelten für alle diese Alternativen, wobei stellvertretend der Begriff Metallfolie verwendet wird. Dies gilt auch dann, wenn anstelle einer Metallfolie eine Folie bzw. Deckschicht aus einem anderen Material, wie sie beispielhaft eingangs erwähnt sind, verwendet wird.
Die erste Metallfolie 1 wird zunächst mittels einer ersten Rolle 3 an einer ersten Einrichtung 4 vorbeigefuhrt, mit der ein Klebstoff 5 auf die erste Metallfolie 1 aufgebracht wird. In ähnlicher Weise wird die zweite Metallfolie 2 über eine zweite Rolle 6 geführt und läuft dabei an einer zweiten Einrichtung 7 vorbei, mit der ein Klebstoff 5 auf die zweite Metallfolie 2 aufgetragen wird. Gegebenenfalls müssen die Metallfolien 1, 2 vor dem Auftragen des Klebstoffs 5 in üblicher Weise zum Beispiel durch Anätzen und / oder Aufrauhen vorbehandelt oder zur Oberflächenaktivierung einer Coronabehandlung unterzogen und gereinigt werden (nicht dargestellt).
Anschließend wird die mit Klebstoff 5 beschichtete erste Metallfolie 1 durch eine Beflockungseinrichtung 8 geführt, die vorzugsweise gekapselt und klimatisiert ist (Kapselung und Klimatisierung nicht dargestellt) und mit der das aus einzelnen Fasern 9 mit einer Dicke von zum Beispiel etwa 5 bis etwa 40 μm, insbesondere etwa 22 μm, und einer Länge von zwischen etwa 0,1 und etwa 20 mm, insbesondere zwischen etwa 1 und etwa 5 mm bestehende Flockmaterial auf die mit Klebstoff 5 be- schichtete Fläche der ersten Metallfolie 1 aufgebracht wird, und zwar in der Weise, dass die Fasern 9 möglichst einzeln und mit einer gewünschten Ausrichtung relativ zu der ersten Metallfolie 1, im allgemeinen senkrecht zu dieser, in der Klebstoffschicht fixiert werden. Dieser Vorgang wird auch als Flockungsprozess bezeichnet.
Die beiden Metallfolien 1, 2 werden anschließend an einer dritten Rolle 10 zusammengeführt und dann in einen Trockner 12 geleitet. Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform weist der Trockner 12 an seinem Eingang ein erstes oberes Förderband 121' und ein zweites unteres Förderband 121" und an seinem Ausgang ein drittes oberes Förderband 122' und ein viertes unteres Förderband 122" auf. Die Förderbänder 121', 121", 122', 122" werden mit einer Antriebseinrichrung (nicht dargestellt) angetrieben, wobei das erste und dritte Förderband 121', 122' auf den Verbundwerkstoff von oben und das zweite und vierte Förderband 121", 122" auf den Verbundwerkstoff von unten fördernd einwirkt.
Im Bereich der Einwirkung der Förderbänder 121', 121"; 122', 122" befindet sich gegenüber der ersten und zweiten Metallfolie 1, 2 jeweils eine Heiz- oder Kühleinrichtung mit kontinuierlichem Presswerk 123. Die beiden Metallfolien 1, 2 werden mittels der Förderbänder 121', 121"; 122', 122" durch die beiden Preßwerke 123 geführt. Mit den Presswerken 123 werden die Metallfolien 1, 2 - je nach Art des ver- wendeten Klebstoffs 5 - gegebenenfalls aufgeheizt und gleichzeitig aneinanderge- presst, so dass der Klebstoff 5 aushärtet und eine sichere Verbindung zwischen den beiden Metallfolien 1, 2 und den Fasern 9 erzielt wird. Anschließend werden die Metallfolien 1, 2 in definierter Weise wieder auf Umgebungstemperatur abgekühlt, um ein Verziehen zu vermeiden.
Zwischen den beiden Förderbandpaaren 121', 121" und 122', 122" befindet sich eine Kalibriereinrichtung 124, mit der die Metallfolien 1, 2 zwischen zwei Rollen, die ebenfalls angetrieben sein können, mit einem gewünschten Abstand zusammengedrückt und verpresst werden. Eine solche (weitere) Kalibriereinrichtung kann sich zusätzlich oder alternativ auch zwischen der dritten Rolle 10 und dem ersten Förderbandpaar 121', 121" befinden. Am Ausgang des Trockners 12 ist schließlich eine Schneideinrichtung 13 angeordnet, mit der die verpressten Metallfolien 1, 2 in gewünschter Weise zugeschnitten werden.
Zur Förderung der ersten und zweiten Metallfolie 1, 2 durch die Vorrichtung kann eine weitere Antriebseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mit der die erste und die zweite Rolle 3, 6 in Drehungen versetzt werden.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine mit der Vorrichtung hergestellte erste Verbundplatte, in der die erste und die zweite Metallfolie 1, 2, sowie die dazwischen liegende Kernschicht 30 mit im wesentlichen senkrecht stehenden Fasern 9, sowie die beiden Schichten aus Klebstoff 5 zu erkennen sind.
Im folgenden sollen nun einzelne Komponenten der Vorrichtung gemäß Figur 1 im Detail beschrieben werden.
Die beiden Einrichtungen 4, 7 zum Aufbringen des Klebstoffs 5 auf die Metallfolien 1, 2 können in verschiedener Weise ausgestaltet sein und nach verschiedenen Ver- fahren arbeiten. Die Auswahl des Verfahrens ist insbesondere von der Art und Konsistenz des Klebstoffs 5, der Oberfläche der Metallfolien 1, 2 sowie davon abhängig, ob die gesamte Fläche oder nur bestimmte Bereiche mit Klebstoff 5 beschichtet werden sollen. Je nach Art des Klebstoffs 5 sind die erste und die zweite Rolle 3, 6, deren Umgebung und / oder die Metallfolien 1, 2 in diesem Bereich sowie im Be- reich der Beflockungseinrichtung 8 gegebenenfalls auch beheizbar (zum Beispiel mit einem Luftstrom, durch Infrarot- oder UV-Strahlung oder auf induktivem Wege usw.), um ein zu frühes Abkühlen des Klebstoffs 5 zu verhindern und dessen Auftrag zu erleichtern bzw. diesen in einem solchen Maße flüssig zu halten, dass die Fasern 9 während der anschließenden Beflockung sicher in diesen eindringen kön- nen. Bei entsprechend dünnflüssigem Klebstoff 5 könnte dieser durch die Erwärmung auch teilweise angehärtet werden, um die Fasern 9 sicher fixieren zu können.
Bei einem dem Siebdruck ähnlichen Verfahren wird der jeweils in einem Behälter
51 bevorratete Klebstoff 5 auf einem Sieb 47, 77 verteilt, das auf den zu beschich- tenden Metallfolien 1, 2 angeordnet wird. Anschließend wird der Klebstoff 5 mit einer Streichrakel 48, 78 durch das Sieb 47, 77 auf die Metallfolie 1, 2 gedrückt, wie es von den Siebdruckverfahren bekannt ist, wobei durch die Stellung, das Material, den Druck und die Form der Rakel 48, 78 die Menge des aufgebrachten Klebstoffs 5 beeinflusst werden kann. Mit diesem Verfahren kann eine besonders gleichmäßige Verteilung auch bei nicht ganz ebener Oberfläche der Metallfolien 1, 2 er- zielt werden.
Dabei kann es insbesondere zur Erzielung einer gleichmäßigen Klebstoff-Schichtdicke vorteilhaft sein, über dem Sieb 47, 77 eine Heizeinrichtung anzuordnen und den Klebstoff 5 und / oder das Sieb 47, 77 zu erwärmen, um durch eine entspre- chende Temperaturerhöhung die Viskosität des Klebstoffs 5 herabzusetzen und seine Fließfähigkeit zu verbessern.
Zur Verbesserung der Ablösung des Klebstoffs 5 von dem Sieb 47, 77 kann dieses auch mit einer entsprechenden Antihaft-Beschichtung und / oder einer die Ablösung erleichternden Oberflächenstruktur versehen sein.
Der Klebstoff 5 kann auch in mehreren Schichten übereinander aufgebracht werden. Dies kann zum einen dazu dienen, eine bestimmte Schichtdicke zu erzielen, und zwar insbesondere dann, wenn eine zweite Schicht mit einem verminderten Druck auf die erste Schicht aufgetragen wird. Zum anderen kann mit einem zweiten Be- schichtungsvorgang auch ein Vervollständigen und Schließen der ersten Schicht herbeigeführt werden, insbesondere wenn mit dem ersten Siebdruckvorgang nicht an allen Stellen (genügend) Klebstoff aufgebracht werden konnte. Diese Beschich- tungsvorgänge können auch mehrfach und mit unterschiedlichem Druck wiederholt werden.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, über eine aufgebrachte Klebstoffschicht einen Warmluftstrom zu führen. Es hat sich nämlich überraschend gezeigt, dass damit Bläschen, die sich in der Klebstoffschicht befinden, beseitigt werden können und die Oberfläche der Klebstoffschicht besonders eben wird.
Eine weitere Alternative, bei der auch das vom Siebdruck bekannte Prinzip angewandt wird, ist in den Figuren 3a bis 3c schematisch dargestellt. In diesen Darstellungen wird beispielhaft davon ausgegangen, dass der Klebstoff 5 auf die erste Me- tallfolie 1 aufgebracht wird. Mit einer gleichen Anordnung kann natürlich auch die zweite Metallfolie 2 oder eine weitere bzw. andere Deckschicht mit Klebstoff 5 be- schichtet werden.
Gemäß den Figuren 3 a und 3b wird ein flexibles und für den Klebstoff 5 teildurchlässiges Band, zum Beispiel ein Textilband 41, mittels dreier Rollen 42, 43, 44 geführt und auf die zu beschichtende Metallfolie 1 gedrückt. Das Textilband 41 wird dabei im allgemeinen durch die geförderte Metallfolie 1 mitgenommen, so dass ein eigener Antrieb gegebenenfalls nicht erforderlich ist. Auf der der Metallfolie 1 gegenüberliegenden Seite des Textilbandes 41 befindet sich eine stationäre Rakel 45, die einen in Bewegungsrichtung des Textilbandes 41 vor ihr liegenden Kleb- stoffvorrat 46, der aus einem Trichter 461 zugeführt wird, durch das Textilband 41 auf die Metallfolie 1 drückt. Der Klebstoffauftrag kann wiederum im wesentlichen durch die Stellung, das Material, den Druck und die Form der Rakel beeinflußt werden.
Der mit dem Textilband 41 mitgeführte Klebstoff 5 wird vorzugsweise durch ein Abstreifelement (nicht dargestellt) im Bereich der Rolle 44 abgenommen. Mindestens eine der Rollen 42, 43, 44 ist vorzugsweise verschiebbar gelagert, so dass die Spannung des Textilbandes 41 einstellbar ist.
Figur 3 c zeigt eine Ausführungsform, bei der das Textilband 41 auf eine Trommel 411 aufgespannt ist, innerhalb der der Trichter 461 für den Klebstoff sowie die Rakel 45 angeordnet ist. Alternativ dazu kann auch ein Sieb in Form einer für den Klebstoff 5 durchlässigen Trommel ausgebildet sein (Rotationssiebdrucktechnik), in der sich die Rakel befindet und in die der Klebstoff 5 eingebracht wird, so dass die- ser beim Abrollen der Trommel auf der Metallfolie 1, 2 durch die Wand der Trommel auf die Metallfolie 1, 2 gelangt. Die Ablösung des Klebstoffs kann zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen durch Vergrößerung des Trommeldurchmessers verbessert werden.
Mit diesen Vorrichtungen bzw. Verfahren ist es auch möglich, mit einem nur in bestimmten Bereichen durchlässigen Sieb bzw. Textilband 41 den Klebstoff 5 nur an bestimmten Stellen oder in Form bestimmter Muster auf die Metallfolien 1, 2 aufzubringen. Die Erzeugung dieser Muster auf dem Sieb bzw. dem Textilband 41 ist von den üblichen Siebdruckverfahren bekannt.
Solche Muster können zum Beispiel eine Wabenstruktur haben, die sich aus einer Anzahl von Vielecken (Dreieck, Fünfeck, Sechseck, Achteck) zusammensetzt. Weiterhin können Klebstoffmuster in Form von Spiralen, Schlangenlinien, Rechtecken, Kreisen, Punkten, Kreislinien, Ellipsen, Sternen, Kreuzen, sowie anderen geometrischen Formen und beliebigen Kombinationen davon erzeugt werden.
Die Wahl eines solchen Musters kann nicht nur zur Einsparung von Klebstoff 5 und Fasermaterial, sondern auch in Abhängigkeit von der späteren Anwendung der Verbundplatte vorgenommen werden. Wenn die Verbundplatten zum Beispiel verschweißt oder geschnitten werden sollen, so werden die Metallfolien 1, 2 an den späteren Schweißpunkten oder Schweißnähten oder Schnittlinien nicht mit Klebstoff 5 beschichtet, um eine besonders saubere Schweißnaht bzw. Schneidkante zu erzielen, die frei von Klebstoff 5 und damit auch frei von Fasern 9 ist. Außerdem entstehen dann während des Schweißens keine Dämpfe aufgrund von verbrennendem Klebstoff. Wenn auch entlang von Knick- oder Faltkanten kein Klebstoff 5 auf- getragen wird, wird auch die spätere diesbezügliche Bearbeitung erleichtert.
Eine nur lokale Beschichtung mit Klebstoff 5 bietet sich ferner dann an, wenn gezielt lokal unterschiedliche (richtungsabhängige) mechanische, akustische, thermische, Absorptions-, Schwingungs- oder andere physikalische Eigenschaften des Verbundwerkstoffs (Gradientwerkstoffeigenschaften) erzielt werden sollen.
Bei einer großflächigen Beschichtung einer Metallfolie 1, 2 mit Klebstoff können bei unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien Eigenspannungen entstehen. Diese können zumindest weitgehend vermieden werden, wenn der Klebstoff in einer nichtzusammenhängenden Schicht, die zum Beispiel aus einzelnen Klebstoffinseln (Punktmuster) gebildet ist, aufgebracht wird. Auch ein solches Klebstoffmuster lässt sich vorzugsweise mit dem vom Siebdruck bekannten Verfahren auftragen.
Damit läßt sich gleichzeitig ein weiteres Problem lösen. Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei Anwendung der meisten zur Zeit bekannten Klebstoffe eine Erwärmung des Verbundwerkstoffs zu einer erheblichen Herabsetzung der Delaminationsfestig- keit führt. Wenn der Klebstoff jedoch nicht in einer zusammenhängenden Schicht, sondern in Form einer Mehrzahl von Klebstoffinseln aufgebracht wird, bleibt diese Delaminationsfestigkeit auch bei erhöhter Temperatur wesentlich höher. Schließlich ist es auch möglich, zwischen den Metallfolien 1, 2 bestimmte Bereiche als Hohlräume oder Kanäle von Klebstoff frei zu halten, durch die später zum Beispiel ein flüssiges oder gasförmiges Medium geführt oder in die vor dem Zusammenfügen der beiden Metallfolien 1, 2 Gegenstände eingelagert oder nach dem Zu- sammenfügen von einem der Ränder Gegenstände eingeschoben werden.
Alternativ zu dem Siebdruck-Auftrag ist insbesondere ein solcher selektiver Klebstoff-Auftrag auch mit einem Sprühsystem zu erzielen, wenn dieses eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Sprühdüsen aufweist, die zur Erzielung oder Aufrechter- haltung einer ausreichend niedrigen KlebstoffViskosität vorzugsweise beheizbar sind. Ein solches Sprühsystem ist vorzugsweise rechnergesteuert, so dass auf relativ einfache Weise nahezu beliebige Klebstoffmuster auf den Metallfolien 1, 2 erzeugt werden können.
Vorteilhaft kann auch die Anwendung einer ggf. beheizbaren Breitschlitzdüse sein, mit der eine erste Klebstoffschicht (Vorauftrag) oder die gesamte Klebstoffschicht (Vor- und Endauftrag) aufgebracht wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Klebstoff 5 gemäß Figur 3d aus dem Trichter 461 durch Rakeln direkt auf die Metallfolien 1, 2 aufzutragen. Zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Klebstoffschicht wird die betreffende Metallfolie 1, 2 im allgemeinen mit einer Walze 50 an der Rakel vorbeigeführt oder - im Falle eines diskontinuierlichen Verfahrens - auf einem Vakuum-Tisch fixiert. In ähnlicher Weise kann der Klebstoff 5 auch aufgerollt und dann mit einer Messerklinge o.a. kalibriert werden, wobei in beiden Fällen nach dem Auftrag ein bestimmtes Klebstoffmuster auch mit einer kamm-ähnlichen Rakel eingebracht werden kann, die über die mit Klebstoff beschichtete Metallfolie 1, 2 gezogen wird.
Die Art des verwendeten Klebstoffs 5 wird im wesentlichen durch die Art des Auf- bringens, die spätere Anwendung des Verbundwerkstoffs und insbesondere dessen gewünschte Eigenschaften wie Steifigkeit oder Flexibilität, Festigkeit usw., sowie die Art und Verteilung der Flockfasern bestimmt. Es kommen dabei im wesentlichen drei Klebstoffsorten in Betracht. Dies sind die sogenannten Reaktivkleber, bei denen es sich um bei normalen oder erhöhten Temperaturen aushärtende Kleber handelt, weiterhin Zwei-Komponenten-Kleber, sowie die bekannten Thermoplaste. Wenn zum Beispiel eine besonders hohe Steifigkeit des Materials gewünscht wird, bieten sich schaumähnliche bzw. aufschäumende Klebstoffe 5 an, die - bei konstant gehaltenem Abstand der Metallfolien 1, 2 - während des Aushärtens die Fasern 9 weitgehend umschließen und dadurch zu einer besonders festen und kompakten Verbindung zwischen den beiden Metallfolien 1, 2 und den Fasern 9 führen.
Wenn hingegen eine gute mechanische oder akustische Energieabsorption und Verformbarkeit des Verbundwerkstoffs erzielt werden soll, bieten sich Klebstoffe 5 an, die auch in ausgehärtetem Zustand eine gewisse Flexibilität aufweisen. In diesem Fall können bekannte heißschmelzende Klebstoffe oder Epoxy-Klebstoffe verwendet werden.
Wenn der Verbundwerkstoff durch Umformprozesse wie zum Beispiel Tiefziehen bearbeitet werden soll, so sind bevorzugt Klebstoffe anzuwenden, deren Festigkeit auch in ausgehärtetem Zustand durch Erwärmung abnimmt. Der Verbundwerkstoff wird dann insgesamt flexibler und elastischer und kann ohne Schäden in größerem Maße verformt werden, wobei auch die dazu erforderlichen Kräfte geringer sind. Gegebenenfalls ist bei entsprechender Wahl des Klebstoffs und einer ausreichenden Erwärmung sogar eine manuelle Formung möglich.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, den Klebstoff 5 in Form einer Klebstofffolie oder mehrerer Klebstofffolien- Abschnitte auf die Metallfolien 1, 2 aufzubringen, wobei in die Klebstofffolie auch Muster mit beliebiger Form (zum Beispiel durch Ausstanzen) eingebracht werden können. Die Adhäsion auf den Metallfolien 1, 2 kann zum Beispiel über eine elektrostatische Aufladung erreicht werden. Die Dicke der Folie entspricht dabei entweder der Dicke der gewünschten Klebstoffschicht, oder es wird eine Klebstofffolie mit größerer Dicke entsprechend gestreckt und ausgewalzt. Damit können gleichzeitig auch Lufteinschlüsse vermieden bzw. beseitigt werden. Durch Erwärmen der Klebstoffschicht und/oder der Metallfolien 1, 2 wäh- rend des nachfolgenden Beflockungs Vorgangs wird dann sichergestellt, dass die Fasern in ausreichendem Maße in die Klebstoffschicht eindringen können und dort fixiert werden.
In bestimmten Fällen kann es sinnvoll sein, ganz oder teilweise auf ein Beschichten einer oder beider Metallfolien 1 , 2 in der Vorrichtung zu verzichten und statt dessen mindestens eine Metallfolie zuzuführen, die bereits mit einer Klebstoffschicht be- schichtet ist. In diesem Fall ist die Klebstoffschicht vorzugsweise mit einer nicht klebenden Schutzfolie abgedeckt, so dass die betreffende Metallfolie zu einer Rolle aufgerollt werden kann. Vor oder zu Beginn des Zufuhrens zu der Vorrichtung wird die Schutzfolie manuell oder automatisch (nicht dargestellt) abgezogen.
Schließlich ist es auch möglich, die erste Metallfolie 1 in der oben beschriebenen Weise mit einem viskosen Klebstoff 5 zu beschichten, nach dem Beflocken eine Klebstofffolie auf die Fasern 9 aufzulegen und dann die zweite Metallfolie 2 ggf. nach Erwärmen damit zu verpressen.
Die oben beschriebenen Maßnahmen können zur Optimierung des Klebstoffauftrags auch miteinander kombiniert werden.
Nach der Beschichtung der Metallfolien 1, 2 mit Klebstoff 5 wird mit der Be- flockungseinrichtung 8 der Flockungsprozess durchgeführt. Auch die Be- flockungseinrichtung 8 kann nach verschiedenen Verfahren arbeiten, die in Abhängigkeit von der Art des Materials, aus dem die Fasern 9 bestehen, sowie der Dicke, der Länge und der gewünschten Dichte bzw. Verteilung der Fasern 9 auf der ersten Metallfolie 1 gewählt werden.
Ein weiteres Kriterium für die Auswahl des Verfahrens sind wiederum die gewünschten Eigenschaften des Verbundmaterials. Wenn eine möglichst hohe Flexibilität und Verformbarkeit gewünscht ist, sollten die Fasern 9 möglichst senkrecht zu der Oberfläche der Metallfolien 1, 2 fixiert werden. Wenn hingegen eine möglichst hohe Steifigkeit des Verbundmaterials angestrebt wird, sollten die Fasern 9 in stärkerem Maße ungeordnet und insbesondere schräg bzw. diagonal und einander überkreuzend angeordnet sein.
Mit einer Heizeinrichtung (Warmluftstrom, Infrarot- oder UV-Strahlung, induktive Erwärmung usw.) kann bei der Beflockung die Viskosität des Klebstoffs 5 herabgesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Fasern 9 in ausreichendem Maße in die Klebstoffschicht eindringen können.
Die Ausgangssubstanz für den Flockungsprozess ist im allgemeinen ein Bündel von metallischen Drähten oder ein Bündel von Fasern aus einem der anderen, eingangs genannten Materialien, die zunächst auf eine gewünschte Länge zugeschnitten wer- den.
Die in Figur 1 gezeigte Ausführung der Beflockungseinrichtung 8 weist einen (oder mehrere) Behälter 81 auf, in die die zugeschnittenen Fasern 9 eingebracht werden und die jeweils mit einem für die Fasern 9 durchlässigen Boden versehen sind, durch den die Fasern 9 auf die erste Metallfolie 1 gelangen können. Der Behälter 81 einerseits und die Metallfolie 1 andererseits werden auf unterschiedliche elektrische und / oder magnetische Potentiale gelegt, so dass zwischen beiden ein elektrisches und / oder magnetisches Feld 82 entsteht. Zu diesem Zweck sind eine entsprechende Spannungsquelle sowie Mittel zum Erzeugen des elektrischen und / oder magnetischen Feldes (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Feldstärke 82 und die Durchlässigkeit des Bodens des Behälters 81 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Fasern 9 durch den Boden hindurchtreten, durch das elektrische und / oder magnetische Feld in Richtung auf die Metallfolie 1 beschleunigt werden und dann mit einem Ende in die Klebstoffschicht eindringen, so dass sie dort zum Beispiel im wesentlichen senkrecht zu der Metallfolie 1 stehen bleiben.
Zur Erzielung einer gewünschten Faserdichte in der Klebstoffschicht 5 kann insbesondere die Stärke des Feldes 82, der Abstand zwischen dem Behälter 81 und der Metallfolie 1 und die Geschwindigkeit, mit der die Metallfolie 1 bewegt wird, verändert werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, mindestens eine Vibrationseinrichtung (nicht dargestellt) vorzusehen, mit der der Behälter 81 zur Erhöhung bzw. Modulation der Menge von durch den betreffenden Boden hindurchtretenden Fasern 9 sowie zu deren Auflockerung einer vorzugsweise einstellbaren Vibrationsbewe- gung in horizontaler und / oder vertikaler Richtung ausgesetzt wird.
Ein weiterer Parameter, mit dem die Dichte und die Verteilung bzw. Homogenität der Fasern 9 beeinflusst werden kann, ist die Art des Bodens des Behälters 81. Dies betrifft insbesondere die Anzahl, die Größe, die Form und die Dichte der Öffnungen in dem betreffenden Boden, wobei zur Erzielung unterschiedlicher Abgabemengen von Fasern 9 auch entsprechende Blendeneinrichtungen vorgesehen sein können, mit denen zumindest einige der Öffnungen ganz oder teilweise geschlossen werden können.
Insbesondere dann, wenn der Boden des Behälters 81 als Sieb ausgebildet ist, können dessen Abgabeeigenschaften auch durch dessen Formung, Prägung und / oder Strukturierung beeinflusst werden. Ein solches Sieb ist vorzugsweise in Kombination mit einer Vibrationseinrichtung ("Schüttelsieb") anzuwenden, um die in den betreffenden Behälter 81 eingebrachten Fasern aufzulockern, voneinander zu lösen und zu vereinzeln, und dadurch zu verhindern, dass sich das Sieb an einzelnen Stel- len mit Fasern mehr oder weniger stark zusetzt. Dabei kann es auch vorteilhaft sein, die Vibration des Siebes mit unterschiedlichen Frequenzen und / oder unterschiedlichen Amplituden durchzuführen, wobei alternativ oder zusätzlich auch akustische Druckwellen und / oder Druckluft eingesetzt werden können, um beispielsweise Faserklumpen in dem Sieb aufzulösen oder Fasern 9 mit unterschiedlicher Länge opti- mal sieben zu können.
Um die Klumpenbildung von Fasern 9 zu hemmen oder zu vermeiden, können diese auch mit einer geeigneten Beschichtung versehen werden. Eine solche Beschichtung kann auch eine Komponente eines Zwei-Komponenten-Klebstoffs sein, wobei die zweite Komponente gemäß obiger Beschreibung mit der ersten bzw. zweiten Einrichtung 4, 7 auf die zu beschichtende Metallfolie 1 bzw. 2 aufgebracht wird.
Weiterhin kann zwischen dem Behälter 81 und der Metallfolie 1 eine Elektrode (nicht dargestellt) zum Beispiel in Form eines Rings angeordnet werden, der gegen- über der Metallfolie 1 bzw. dem Behälter 81 auf ein solches Spannungspotential gelegt wird, dass dadurch die Fasern 9 nach dem Prinzip der Triodenröhre zusätzlich beschleunigt oder abgebremst werden.
Eine Steuerung der Menge der abgegebenen Fasern sowie der Richtung, mit der der Faserstrom auf die Metallfolie 1 gerichtet wird, kann auch unter Anwendung des von der Braunschen Röhre bekannten Funktionsprinzips erfolgen. Dabei können eine wie ein Wehneltzylinder ausgebildete Einrichtung sowie verschiedene zylindrische Elektroden zur Fokussierung und Beschleunigung eines entsprechenden Faserstroms dienen, der darüberhinaus mit elektrischen und / oder magnetischen Feldern durch entsprechende Ansteuerung der diese Felder erzeugenden Einrichtungen mit unterschiedlichen Richtungen auf die Metallfolie 1 gelenkt wird.
Durch Veränderung aller dieser Parameter während des Betriebes der Be- flockungseinrichtung 8 können auf der Klebstoffschicht auch Bereiche mit unter- schiedlichen Faserdichten bzw. Bereiche mit inhomogener Faserverteilung oder faserfreie Bereiche erzielt werden. Delaminationsprüfungen haben gezeigt, dass (nachdem der Klebstoff 5 ausgehärtet worden ist) die Fasern 9 in der beflockten Klebstoffschicht der ersten Deckschicht (bei dem beschriebenen Verfahren die erste Metallfolie 1) stärker verankert sind, als in der Klebstoffschicht der zweiten Deckschicht (zweite Metallfolie 2), die auf die erste Deckschicht aufgebracht wurde. Um eine möglichst gleichmäßige Delaminati- onsfestigkeit und gleichmäßige Verteilung anderer physikalischer Eigenschaften auf beiden Deckschichten zu erzielen, können beide Deckschichten auch in der Weise mit einem Positiv-Negativmuster beflockt werden, dass nach ihrem Zusammenfü- gen die beflockten Bereiche in der Kernschicht jeweils nebeneinander liegen bzw. zahnartig ineinandergreifen.
In diesem Fall ist besonders vorteilhaft ein Verfahren anzuwenden, bei dem, wie eingangs bereits erläutert wurde, eine Metallfolie mit im wesentlichen doppelter Breite zugeführt wird, die nach dem Auftragen des Klebstoffs und dem Beflocken sowie gegebenenfalls einem Vorhärten des Klebstoffs in Längsrichtung geteilt wird, um anschließend die beiden Hälften aufeinander zu klappen, zu verpressen und end- zuhärten.
Zur Erzielung des Positiv-Negativmusters können zur Beflockung jeweils Schablonen (nicht dargestellt) verwendet werden, mit denen auf einer Deckschicht ein Muster in Form von beflockten Bereichen erzeugt wird, das das Negativ (d. h. nicht beflockte Bereiche) des Musters auf der anderen Deckschicht darstellt, so dass diese sich beim Zusammenfügen der Deckschichten gegenseitig ergänzen.
Die Schablonen sind vorzugsweise in Form eines Bandes zum Beispiel aus einem Textil- oder einem Folienmaterial ausgebildet und werden jeweils nach Art eines Endlosbandes mit drei Führungsrollen mit gleicher Geschwindigkeit wie die zu beflockende Deckschicht geführt. Dies hat den Vorteil, dass überschüssige Fasern 9, die nicht durch die Öffnungen in der Schablone auf die betreffende Deckschicht gelangt sind, im Bereich einer der Führungsrollen mit einer Abstreif- oder Absaugvorrichtung entfernt werden können.
Alternativ dazu können die Fasern 9 auch durch entsprechend der jeweiligen Muster angeordnete Röhren hindurch, die einen gewünschten Querschnitt haben, aufgebracht werden, wobei die Röhren (nicht dargestellt) jeweils kurz oberhalb der Kleb- stoffschicht der jeweiligen Metallfolie 1, 2 enden und dort gegebenenfalls ein Sieb aufweisen, so dass sie im übrigen im wesentlichen die Funktion des Behälters 81 ausüben. Auch in diesem Fall können die Fasern 9 gemäß obiger Erläuterung mit elektrischen und / oder magnetischen Feldern beschleunigt bzw. beeinflusst werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung einer bestimmten Dichteverteilung der Fasern 9 besteht darin, einen schäumenden Klebstoff 5 punktförmig auf verschiedene Stellen der ersten Metallfolie 1 aufzutragen, dann dort jeweils ein Faserbüschel aufzusetzen und den Klebstoff 5 vorzuhärten. Durch die dabei auftretende Aufschäu- mung werden die einzelnen Fasern 9 voneinander beabstandet und / oder in ihrer Richtung ähnlich einem Blumenstrauss aufgefächert, so dass örtlich Bereiche mit relativ gleichmäßiger Faserdichte entstehen, wobei die Anzahl und der Abstand dieser Orte wiederum in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung des Verbundwerkstoffs bestimmt werden. Das Zusammenfügen der Metallfolien 1, 2 sowie das endgültige Aushärten des Klebstoffs wird dann gemäß der weiter unten folgenden Erläuterung vorgenommen.
Bei einer weiteren Ausführung der Beflockungseinrichtung 8 kann anstelle des Behälters 81 eine Schneideinrichtung vorgesehen sein, mit der die zugeführten Faser- bündel über der Metallfolie 1 mit einem Laserstrahl oder auf mechanische Weise geschnitten und dann direkt - zum Beispiel unter Einwirkung eines konstanten oder variablen elektrischen und / oder magnetischen Feldes gemäß obiger Erläuterung - auf die Metallfolie 1 geführt werden.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Fasern 9 in im wesentlichen ungeschnittenem Zustand zunächst auf der Klebstoffschicht zu fixieren und anschließend zum Beispiel mit einem Messer oder einem Laserstrahl in einer gewünschten Höhe über der Metallfolie 1 abzuschneiden.
Zur Erzielung einer in wesentlichem Maße nicht-senkrechten und ungeordneten Ausrichtung der Fasern 9 relativ zu der Metalloberfläche kann während oder unmittelbar nach dem Aufbringen der Fasern 9 ein stetiger oder verwirbelter Luftstrom auf die Fasern 9 und / oder die Metallfolie 1 gerichtet werden. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise im Bereich der Beflockungseinrichtung 8 eine entsprechende Gebläseeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen. Sofern die Fasern 9 mit einer gemeinsamen Vorzugsrichtung schräg zur Oberfläche der Metallfolie 1 ausgerichtet werden sollen, bietet sich die Anwendung einer Klinge an, die nach dem Aufbringen der Fasern 9 über die beflockte Fläche gestrichen wird.
Bei geeignetem Fasermaterial können die Fasern 9 auch mit einem entsprechenden elektrischen und / oder magnetischen Feld ausgerichtet werden. Als Parameter, mit denen die Ausrichtung beeinflußt werden kann, sind im wesentlichen die Stärke und Richtung des Feldes, der Abstand der das Feld erzeugenden Einrichtung von der beflockten Fläche sowie die Bewegungsgeschwindigkeit der beflockten Fläche anzusehen. Durch eine Mehrzahl von relativ kleinen Felderzeugungseinrichtungen, die einzeln angesteuert werden, kann auch eine Ausrichtung der Fasern 9 erzielt werden, die sich musterartig über die gesamte beflockte Fläche gezielt einstellen läßt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die beflockte Fläche unter einem Metallstab vorbeizuführen, wobei der Metallstab und die Fasern 9 auf solchen Potentialen lie- gen, dass die Fasern 9 von dem Metallstab angezogen oder abgestoßen und auf diese Weise schräg gestellt werden.
Schließlich ist vorzugsweise und insbesondere in dem Fall, in dem nur bestimmte Bereiche der Metalloberfläche mit Klebstoff 5 beschichtet wurden, eine dritte Ein- richtung (nicht dargestellt) vorgesehen, mit der die zwischen diesen Bereichen liegenden Fasern 9 entfernt werden, bevor die Metallfolien 1, 2 zusammengefügt werden. Diese dritte Einrichtung kann eine Abblas- oder Absaugvorrichtung sein, oder die Fasern werden zum Beispiel mittels eines elektrischen und / oder magnetischen Feldes entfernt.
Insbesondere bei einem relativ dünnflüssigen Kleber 5 kann es vorteilhaft sein, diesen unmittelbar vor oder nach dem Aufbringen der Fasern 9 etwas anzuhärten, um damit bereits eine Vor-Fixierung der Fasern 9 zu erzielen, bevor die beiden Metallfolien 1, 2 zusammengefügt werden. Das Anhärten kann zum Beispiel mit einem entsprechenden Heißluftstrom, durch induktive Erwärmung oder durch Bestrahlung mit Infrarot- oder UV-Licht unmittelbar vor dem Eintritt der ersten Metallfolie 1 in die Beflockungseinrichtung 8 erfolgen. Sofern dabei die Gefahr besteht, dass sich die Metallfolie 1 verzieht, kann dies dadurch verhindert werden, dass diese entweder nur teilweise mit Klebstoff 5 beschichtet und / oder eine Metallfolie 1 mit hö- herer Festigkeit verwendet wird. Wenn andererseits ein Klebstoff 5 mit einer sehr hohen Viskosität gewählt wird, kann es sinnvoll sein, diesen vor dem Beflocken durch Aufheizen etwas flüssiger zu machen, so dass die Fasern 9 besser in die Klebstoffschicht eindringen können. Dies gilt auch für den auf die zweite Metallfolie 2 aufgebrachten Klebstoff 5 vor dem Zusammenfügen mit der ersten Metallfolie 1. Eine solche Erwärmung kann wiederum zum Beispiel mit Hilfe eines Warmluftstroms, durch Bestrahlung mit Infrarot- oder UV-Licht, durch induktive Erwärmung des ggf. mit Metallpartikeln versetzten Klebstoffs 5 und / oder der Metallfolien 1, 2 und / oder der Fasern 9, oder, wie bereits erwähnt wurde, mit Hilfe der beheizbaren Rollen 3, 6 erreicht werden.
Eine Alternative zur Beflockung der Metallfolie 1 mit Fasern 9 besteht darin, anstelle des Klebstoffs 5 eine mit einem Mischer hergestellte Mischung aus Klebstoff 5 und Fasern 9 auf die erste und / oder die zweite Metallfolie 1, 2 aufzubringen. Damit kann zum einen eine besonders willkürliche und ungeordnete Ausrichtung der Fasern relativ zu der Oberfläche der Metallfolien 1, 2 erreicht werden. Andererseits ist es aber auch möglich, durch Anlegen eines elektrischen und / oder magnetischen Feldes die Fasern 9 nach dem Aufbringen der Mischung wie oben beschrieben auszurichten. In beiden Fällen kann es auch ausreichend sein, nur eine der beiden Metallfolien 1, 2 zu beschichten.
In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, zumindest eine der Metallfolien der Vorrichtung zuzuführen, die mit einer solchen, mit einer Schutzfolie abgedeckten Mischung vorbeschichtet ist, wie es oben bezüglich einer mit Klebstoff beschichteten und mit einer Schutzfolie abgedeckten Metallfolie beschrieben wurde.
Insgesamt können somit zur Erzielung von entlang einer Breite und / oder Länge des Verbundwerkstoffs unterschiedlichen (richtungsabhängigen) physikalischen und / oder elektrischen Eigenschaften die Fasern 9 mit unterschiedlicher Art, Dichte, Dicke, Länge, Material und / oder unterschiedlicher Ausrichtung relativ zu den Deckschichten auf mindestens eine der Deckschichten aufgebracht werden, wobei die oben beschriebenen Maßnahmen ggf. auch miteinander kombiniert werden können. Die gegenseitige Verschiebbarkeit der Deckschichten kann dabei einen wesentlichen Einfluß auf diese richtungsabhängigen Eigenschaften haben.
Die Ausgestaltung des Trockners 12, mit dem die beiden Metallfolien 1, 2 durch Aneinanderpressen und Aushärten des Klebstoffs 5 fest miteinander verbunden wer- den, und insbesondere deren Abstand, die Höhe der Temperatur und des Drucks sowie die Dauer von deren Einwirkung auf die Metallfolien 1, 2, ist im wesentlichen von der Art des verwendeten Klebstoffs 5 und der Dicke und Qualität der Metallfolien 1, 2 abhängig.
Zur unterscheiden ist diesbezüglich insbesondere zwischen den heißschmelzenden Klebstoffen, die in warmem oder heißem Zustand flüssig sind und durch Abkühlen aushärten, sowie anderen Klebstoffen wie zum Beispiel Epoxy-Klebstoffen, die durch Hitzeeinwirkung aushärten. In Abhängigkeit davon weist das Presswerk 123 ggf. zusätzlich eine entsprechende Heizeinrichtung auf.
In dem Fall, in dem der Verbundwerkstoff durch Umformvorgänge wie zum Beispiel Tiefziehen bearbeitet werden soll, bei denen der Werkstoff im allgemeinen erwärmt wird, ist insbesondere ein solcher Klebstoff vorteilhaft, dessen Festigkeit mit zunehmender Temperatur abnimmt, so dass sich die Kernschicht fließend der Formgebung der Metallfolien 1, 2 anpassen kann.
Wesentlich dafür, dass sich die Metallfolien 1, 2 beim Härten nicht verziehen, ist eine möglichst homogene und gleichmäßige Erwärmung in dem Presswerk 123 so- wie anschließend eine möglichst gleichmäßige Abkühlung, und zwar jeweils möglichst beider Metallfolien 1, 2 gleichzeitig.
Dies kann zum einen dadurch erreicht werden, dass die beiden Metallfolien 1, 2 nach dem Erreichen der Presswerke 123 zunächst auf eine Starttemperatur erwärmt werden, bevor sie dann weiter auf die Aushärtungstemperatur des Klebstoffs aufgeheizt und gleichzeitig zusammengepreßt werden. Die Starttemperatur kann dabei in Abhängigkeit von der Aushärtungstemperatur des Klebstoffs und der Stärke der Metallfolien 1, 2 zum Beispiel etwa 100°C betragen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die beiden Metallfolien 1, 2 nicht direkt mit den Presswerken 123 in Berührung zu bringen, sondern zwischen diese und die Metallfolien 1, 2 jeweils ein Flächenelement wie zum Beispiel ein Blech, eine Metallplatte, eine Folie, ein Textilmaterial usw. einzubringen, das eine höhere Wärmekapazität und / oder eine schlechtere Wärmeleitfähigkeit als die Metallfolien 1, 2 auf- weist. Damit wird erreicht, dass die Metallfolien 1, 2 nicht schlagartig an den (ersten) Berührungsstellen mit dem Presswerken 123 erwärmt werden, sondern dass ein Temperaturgefälle zwischen den Pressplatten und den Metallfolien 1, 2 entsteht, über das diese gleichmäßig und langsamer erwärmt werden. Der Aufheizvorgang läßt sich durch geeignete Wahl des Materials für die Flächenelemente und deren Dicke optimieren.
Die Flächenelemente können nach dem Pressen und Aushärten des Klebstoffs 5 auch dazu dienen, eine gleichmäßige Abkühlung der Metallfolien 1, 2 sicherzustellen und damit ein Verziehen zu vermeiden. Sofern erforderlich kann die Abkühlung auch durch ein entlang oder über die freien Seiten der Flächenelemente geführtes Kühlmittel gesteuert werden. Zu diesem Zweck können die Flächenelemente auch entsprechende Kühlmittelkanäle aufweisen.
Insbesondere bei besonders dünnen Metallfolien 1, 2 und / oder solchen mit relativ schlechter Qualität kann die Gefahr der Ausbildung von Dellen auch weitgehend dadurch vermieden werden, dass die Temperatur in dem Preßwerk 123 vermindert und dafür die Preßdauer entsprechend verlängert wird.
Auch Lufteinschlüsse können zu Dellen führen, wenn die Luft beim Schließen der Preßwerke 123 nicht schnell genug entweichen kann. Abhilfe kann dadurch ge- schaffen werden, dass zwischen die Metallfolien 1, 2 einerseits und die Presswerke andererseits ein hitzebeständiges Gewebe (z. B. Glasfasergewebe) eingelegt wird, durch das die Luft seitlich auch aus dem Preßwerk 123 entweichen kann.
Die beiden Metallfolien 1, 2 können besonders gleichmäßig und schnell auch mit- tels einer an sich bekannten induktiven Heizung (nicht dargestellt) erwärmt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Fasern 9 metallisch sind und auch der Klebstoff 5 metallische Partikel enthält, da in diesem Fall die Wärme auch zwischen den Metallfolien 1, 2 entsteht und eine besonders schnelle und gleichmäßige Erwärmung des Klebstoffs 5 ermöglicht und auch ein Verziehen der Metallfolien 1, 2 ver- hindert wird.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Aushärtung des Klebstoffs 5 zwischen den beiden Metallfolien 1, 2 in zwei oder mehr Stufen durchzuführen. Dabei könnte zum Beispiel nach dem Zusammenfügen der Metallfolien 1, 2 in dem Trockner 12 gemäß Figur 1 mit einer ersten Stufe eine Vorhärtung in dem Maße erfolgen, dass die Metallfolien 1, 2 beim späteren Endhärten nicht mehr expandieren. Die Metall- folien 1, 2 könnten dann zunächst mit der Schneideinrichtung 13 in gewünschter Weise zugeschnitten werden, um anschließend die einzelnen Teile in einer zweiten Stufe (nicht dargestellt) mit gleicher oder höherer Temperatur, mit der die Endfestigkeit erreicht wird, endzuhärten, wobei die Teile zu diesem Zweck in einen ent- sprechenden Ofen mit aufgrund der Vorhärtung im wesentlichen beliebiger Lage eingebracht werden können.
Bei Verwendung eines bekannten Preßwerkes 123 ist im allgemeinen der Abstand, auf den die Metallfolien 1, 2 in dem Trockner 12 zusammengedrückt werden, ein- stellbar. In Abstimmung mit der Menge des auf die Metallfolien 1, 2 aufgebrachten Klebstoffs 5 beziehungsweise der Dicke der Klebstoffschicht lassen sich im Hinblick auf die Kompaktheit der entstehenden Kernschicht zwei Alternativen unterscheiden, die zu unterschiedlichen Materialeigenschaften führen.
Bei der ersten Alternative ist der Abstand so groß und / oder die Menge des Klebstoffs 5 beziehungsweise die Dicke der Klebstoffschicht so gering, dass die auf der ersten Metallfolie 1 befindlichen Faser 9 mit ihren freien Enden nur so weit in die Klebstoffschicht auf der zweiten Metallfolie 2 eindringen, dass nach dem Aushärten des Klebstoffs eine sichere Verbindung zwischen beiden Metallfolien 1, 2 gewähr- leistet ist.
Bei der zweiten Alternative werden die Metallfolien 1, 2 auf einen so geringen Abstand zusammengedrückt und / oder die Menge des Klebstoffs 5 beziehungsweise die Dicke der Klebstoffschicht so weit erhöht, dass zwischen den Metallfolien 1, 2 eine im wesentlichen homogene, die Fasern vollständig umschäumende bzw. umschließende und poröse bzw. kompakte Kernschicht entsteht.
Hierbei ist allerdings sicherzustellen, dass eventuell in der Klebstoffschicht vorhandene Luftblasen im wesentlichen entweichen können, oder dass die Klebstoffschicht vor dem Zusammenfügen der Metallfolien 1, 2 zumindest im wesentlichen frei von solchen Blasen ist. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass zwischen dem Aufbringen des Klebstoffs 5 und dem Zusammenfügen der Metallfolien 1, 2 eine bestimmte Zeitdauer verstreicht, oder ein (Heiß-) Luftstrom über die Klebstoffschicht geführt wird, so dass die unter seiner Oberfläche befindlichen Blasen zer- platzen. Für bestimmte Anwendungen und aus Gründen des Material-Recycling kann es wünschenswert sein, auf Klebstoff 5 zumindest weitgehend zu verzichten. In diesem Fall können die Fasern 9 zunächst gemäß der Darstellung in Figur 4 in eine Trägersubstanz 91 in Form eines Bogens aus Papier oder einem ähnlichen Material eingebracht werden, so dass sie zu beiden Seiten der Trägersubstanz 91 mit ihren freien Enden hervorstehen. Gegebenenfalls werden die Fasern 9 dann durch Kürzen der freien Enden auf die gewünschte Länge gebracht (zum Beispiel mittels eines Laserstrahls), bevor auf die Faserspitzen ein elektrisch leitender Klebstoff 5 aufgebracht und die Trägersubstanz 91 dann auf die erste Metallfolie 1 aufgelegt wird.
Anschließend werden die Fasern 9 durch induktives Erwärmen des Klebstoffs 5 auf die erste Metallfolie 1 geklebt. Durch die Trägersubstanz 91 wird gewährleistet, dass sie dabei ihre im wesentlichen senkrechte Stellung relativ zu der Metallfolie 1, oder - sofern sie mit einem Anstellwinkel in die Trägersubstanz 91 eingebracht wur- den - diesen Winkel während des Klebevorgangs beibehalten. Nach dem Erkalten des Klebstoffs 5 kann die Trägersubstanz 91 entfernt und die zweite Metallfolie 2 zum Beispiel mit einem weiteren solchen Klebevorgang aufgebracht werden.
Weiterhin ist es auch möglich, metallische Fasern 9 durch induktives Heftschweißen direkt auf der Metallfolie 1 zu befestigen. Zu diesem Zweck wird zunächst ein Substrat auf die erste Metallfolie 1 aufgebracht, in das die Fasern 9 beim Beflocken leicht eindringen können, so dass sie fixiert sind. Anschließend wird die erste Metallfolie 1 induktiv erhitzt. Durch entsprechende Wahl der Leitfähigkeit des Substrates ist eine gezielte Erhitzung des Übergangs zwischen der ersten Metallfolie 1 und den Fasern 9 erzielbar, so dass beide miteinander verschweißt werden. In gleicher Weise oder nach einer der oben erläuterten anderen Arten wird dann die zweite Metallfolie 2 aufgebracht.
Die oben beschriebenen Herstellungsverfahren sind - mit wenigen Ausnahmen, die für einen Fachmann offensichtlich sind - auch dann anwendbar, wenn anstelle einer oder beider Metallfolien 1, 2 bzw. Metallplatten ein nichtmetallisches Material (zum Beispiel Kunststoffe wie Kevlar o. a.) als Deckschicht verwendet wird, oder wenn die Fasern 9 aus einem nichtmetallischen Material hergestellt sind. Insbesondere wäre es auch möglich, Bögen aus Papier oder Pappe anstelle einer oder beider Me- tallfolien 1, 2 zu verwenden, wodurch eine wesentliche Gewichtseinsparung erzielt werden kann. In dieser Hinsicht sind eine Vielzahl von verschiedenen Materialkombinationen für die Deckschichten und die (eine oder mehrere) Kernschicht(en) realisierbar. So kann z. B. eine Kombination aus Metall und Nicht-Metall für die beiden Deck- schichten gewählten werden, zwischen denen sich eine Kernschicht mit Metallfasern befinden. Bei einer mehrfachen Verbundstruktur kann es vorteilhaft sein, die äußeren Deckschichten aus einem nichtmetallischen Material, wie insbesondere einem Kunststoff zu fertigen, um die Verbundstruktur korrosionsbeständig zu machen, während die innen liegenden Deckschichten aus einem metallischen Material bestehen, um bestimmte physikalische Eigenschaften der Struktur zu erzielen, wobei die Kernschichten ebenfalls metallische und / oder nicht-metallische Fasern enthalten können.
Insbesondere bei Verwendung einer Mischung aus metallischen und nichtmetalli- sehen Fasern 9, auch mit unterschiedlichen Mischungsverhältnissen entlang einer beflockten Fläche, können gezielt bestimmte Parameter wie zum Beispiel die elektrische Leitfähigkeit zwischen den Deckschichten oder die mechanischen Dämpfungseigenschaften beeinflußt bzw. eingestellt werden. Dies betrifft zum Beispiel auch die Verwendung einer Mischung von Fasern 9 mit unterschiedlicher Länge und / oder Dicke und / oder aus unterschiedlichen Materialien und ggf. unterschiedlichen Mischungsverhältnissen entlang der beflockten Fläche.
Mit einem entsprechenden Anteil von kürzeren oder verformten Fasern, die nur mit einem Ende in einer Klebstoffschicht fixiert sind und mit dem anderen Ende frei stehen, kann eine erhebliche Verbesserung der schall- und schwingungsdämpfenden Eigenschaften der Verbundstruktur erzielt werden kann. Diese Eigenschaften sind dabei umso besser, je höher der Anteil an solchen kürzeren oder verformten Fasern in der Beflockung ist. Der damit eventuell verbundene geringe Verlust an Festigkeit könnte - sofern erforderlich - zum Beispiel durch eine Erhöhung der gesamten Fa- serdichte im wesentlichen ausgeglichen werden.
Gegebenenfalls können anstelle der Fasern 9 (oder zusätzlich zu diesen) auch kugelförmige, quarderförmige oder ähnlich geformte Körper aus metallischen und / oder nichtmetallischen Materialien und / oder mit unterschiedlichen Abmessungen ver- wendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung von mehrfachen Verbundstrukturen geeignet, bei denen mehrere Lagen der oben beschriebenen Art mit Fasermaterial zusammengefügt werden, oder indem eine zusätzliche Lage eines gleichen oder anderen Materials auf die Verbundstruktur aufgebracht wird, um die- ser besondere mechanische oder andere Eigenschaften zu verleihen. Insbesondere kann eine in der beschriebenen Weise hergestellte einfache Verbundstruktur (d. h. eine solche mit drei Schichten) zusammen mit einer Deckschicht oder einer weiteren einfachen Verbundstruktur erneut durch die Vorrichtung geführt werden, um beide durch Erzeugung einer Kernschicht in der beschriebenen Weise miteinander zu verbinden.
Weiterhin können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur flächige Verbundstrukturen hergestellt werden. Es könnte zum Beispiel auch ein doppelwandi- ges Rohr geschaffen werden, indem zunächst ein Innenrohr mit Klebstoff beschich- tet und beflockt und anschließend ein Blech darumgelegt oder ein Streifen aus Metall oder einem anderen Material als Außenrohr wendeiförmig darauf aufgewickelt und der Klebstoff ausgehärtet wird.
Die Festigkeit der in der oben beschriebenen Weise hergestellten Verbundstrukturen kann gegebenenfalls auch durch abschließendes Tempern weiter erhöht werden.
Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe können mit Hilfe der numerischen Methode der finiten Elemente relativ genau vorausberechnet werden. Dabei können insbesondere die Einflüsse der Dichte, des Durch- messers, der Ausrichtung, der Fixierung sowie des Materials der verwendeten Fasern, die Einflüsse des Materials und der Schichtdicke des Klebstoffs, sowie des Materials und der Dicke der Deckschichten ermittelt werden. Ferner lassen sich damit auch die Einflüsse verschiedener Klebstoff- bzw. Beflockungsmuster (Form, Flächendeckungsgrad, Muster) auf den Deckschichten auf die mechanischen und thermodynamischen Eigenschaften ermitteln.
Weiterhin kann mit der numerischen Methode der finiten Elemente auch der Wärmeverzug der Verbundwerkstoffe insbesondere bei der Kombination verschiedener Materialien untersucht werden. Zu diesem Zweck wird der Eigenspannungszustand, der durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen in dem Klebstoff und den Deckschichten entsteht, berechnet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist schließlich auch zur Herstellung von Werkstücken aus vorgeformten Deckschichten geeignet, die in der beschriebenen Weise mit Klebstoff beschichtet, beflockt und anschließend zusammengefügt werden, wenn die entsprechenden Einrichtungen zum Halten und Führen der Deckschichten in geeigneter Weise ausgebildet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Deckschicht (1, 2), zwischen denen sich eine Kernschicht (30) befindet, die eine Zusammensetzung aus Fasern (9) und Klebstoff (5) aufweist, mit: mindestens einer Zuführung (3; 6) für die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Deckschicht (1; 2); einer ersten Einheit (4, 7; 8) zum Erzeugen der Kernschicht (30), die mindestens eine erste und mindestens eine zweite Einrichtung (4, 7) zum Aufbringen des Klebstoffs (5) auf die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Deckschicht (1; 2), sowie mindestens eine Beflockungseinrichtung (8) zum Aufbringen der Fasern (9) auf die mit dem Klebstoff (5) beschichteten Bereiche mindestens einer der Deckschichten (1, 2) aufweist; mindestens einer zweiten Einheit (12) zum Zusammenfügen der Deckschichten (1, 2) und zum Härten des Klebstoffs (5); sowie einer Fördereinrichtung (12F, 121"; 122', 122"), mit der die zugeführten Deckschichten (1, 2) zumindest im wesentlichen kontinuierlich durch die Vorrichtung förderbar sind.
2. Vorrichtung zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Deckschicht (1, 2), zwischen denen sich eine Kernschicht (30) befindet, die eine Zusammensetzung aus Fasern (9) und Klebstoff (5) aufweist, mit: mindestens einer Zuführung (3; 6) für die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Deckschicht (1; 2); einer ersten Einheit (4, 7; 8) zum Erzeugen der Kernschicht (30), die einen Mischer zum Mischen des Klebstoffs mit den Fasern und mindestens eine Einrichtung zum Aufbringen der Mischung aus Fasern und Klebstoff auf mindestens eine der Deck- schichten aufweist; mindestens einer zweiten Einheit (12) zum Zusammenfügen der Deckschichten (1, 2) und zum Härten des Klebstoffs (5); sowie einer Fördereinrichtung (121', 121"; 122', 122"), mit der die zugeführten Deckschichten (1, 2) zumindest im wesentlichen kontinuierlich durch die Vorrichtung förderbar sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Einrichtungen (4, 7) zum Aufbringen des Klebstoffs (5) bzw. zum Aufbringen der Mischung aus Fasern und Klebstoff ein für den Klebstoff (5) bzw. die Mischung aus Fasern und Klebstoff zu- mindest in Teilbereichen durchlässiges Sieb (47, 77) aufweist, durch das der Klebstoff (5) bzw. die Mischung aus Fasern und Klebstoff auf mindestens eine der Deckschichten (1, 2) aufbringbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb in Form eines um eine Mehrzahl von Rollen (42, 43, 44) geführten Bandes (41) ausgebildet ist, das mit einem Abschnitt auf der Deckschicht (1, 2) ruht und durch dessen Förderung mitbewegt wird.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Einrichtungen (4, 7) zum Aufbringen des Klebstoffs (5) bzw. der Mischung aus Fasern und Klebstoff durch ein Sprühsystem mit einer Mehrzahl von aktivierbaren und / oder schwenkbaren Sprühdüsen gebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beflockungseinrichtung (8) mindestens einen Behälter (81) mit einem für die Fasern (9) durchlässigen Boden sowie mindestens ein Mittel zum Erzeugen eines elektrischen und / oder magnetischen Feldes (82) zwischen dem mindestens einen Behälter (81) und der mindestens einen ersten Deck- schicht (1) aufweist, so dass die durch den Boden hindurchtretenden Fasern (9) in Richtung auf die mindestens eine erste Deckschicht (1) beschleunigt werden.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des elektrischen und / oder magnetischen Feldes (82) zur Veränderung oder Modulation der Menge von auf die mindestens eine erste Deckschicht (1) auftreffenden Fasern (9) veränderbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beflockungseinrichtung (8) mindestens einen Be- hälter (81) mit einem für die Fasern (9) durchlässigen Boden sowie mindestens eine
Vibrationseinrichtung umfasst, mit der mindestens einer der Behälter (81) zur Erhö- hung oder Modulation der Menge der durch den Boden hindurchtretenden Fasern (9) einer Vibration aussetzbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (9) in der Kernschicht (30) unterschiedliche Art und / oder unterschiedliche Materialien und / oder Dichte und / oder Dicke und / oder Länge und / oder unterschiedliche Ausrichtung relativ zu den Deckschichten (1, 2) aufweisen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einheit (12) ein Preßwerk (123) und eine Heizeinrichtung aufweist, mit der der Klebstoff (5) vor- und / oder aushärtbar ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus mindestens einer ersten und mindestens einer zweiten Deckschicht (1, 2), zwischen denen sich eine Kernschicht (30) befindet, die eine Zusammensetzung aus Fasern (9) und Klebstoff (5) aufweist, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Schritte (a), (b), (e), (f) oder mindestens einer der Schritte (c), (d), (e), (f) in einem zumindest im wesentlichen kontinuierlichen Durchlaufbetrieb ausgeführt wird, wobei die Schritte wie folgt ausgeführt werden:
(a) Aufbringen des Klebstoffs (5) auf die mindestens eine erste und die mindestens eine zweite Deckschicht (1; 2), (b) Aufbringen der Fasern (9) auf die mit dem Klebstoff (5) beschichteten Bereiche mindestens einer der Deckschichten (1, 2),
(c) Mischen des Klebstoffs mit den Fasern,
(d) Aufbringen der Mischung aus Fasern und Klebstoff auf mindestens eine der Deckschichten, (e) Zusammenfügen der Deckschichten (1, 2) und (f) Härten des Klebstoffs (5).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) oder (d) mit einem dem Siebdruck entsprechenden Verfahren durchgeführt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der aufgebrachten Mischung aus Fasern und Klebstoff und / oder der Abstand, mit dem die Deckschichten (1, 2) zusammengefügt werden, so bemessen wird, dass zwischen den Deckschichten (1, 2) eine im wesentlichen homogene, die Fasern umschäumende bzw. umschließende Kem- schicht (30) entsteht.
14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und / oder (b) bzw. (d) so ausgeführt werden, dass zumindest ein Bereich von Klebstoff und / oder Fasern frei bleibt, so dass der Verbundwerkstoff in diesem Bereich durch Schweißen, Schneiden, Knicken, Biegen oder in ähnlicher Weise bearbeitbar ist.
15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und / oder (b) bzw. (d) so ausgeführt werden, dass durch den Klebstoff und die Fasern zwischen den Deckschichten (1, 2) Bereiche abgegrenzt werden, die zur Führung von flüssigen oder gasförmigen Medien oder zur Aufnahme von Gegenständen geeignet sind.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen oder gasförmigen Medien oder Gegenstände nach den Schritten (a) und / oder (b) bzw. (d) und vor oder nach dem Schritt (e) in die Bereiche eingebracht werden.
17. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass dem Klebstoff (5) vor dem Aufbringen der Fasern (9) durch Erwärmung eine zum Eindringen der Fasern (9) geeignete Viskosität verliehen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Härten des Klebstoffs (5) bzw. der Mischung aus Fasern und Klebstoff mindestens zwei Stufen vorgesehen sind, die zum Vorhärten und zum Aushärten dienen.
19. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (9) auf eine Trägersubstanz (91) aufge- bracht werden, die Trägersubstanz (91) auf mindestens eine Deckschicht (1, 2) aufgelegt wird und die Fasern (9) anschließend mit der mindestens einen Deckschicht (1, 2) verklebt werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägersubstanz (91) nach dem Verkleben der Fasern mit einer der Deckschichten (1, 2) entfernt wird.
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