DE102012011497B4

DE102012011497B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten

Info

Publication number: DE102012011497B4
Application number: DE102012011497.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Herold; Hubertus Delenk; André Wagenführ
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: DE102012011497A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Ausnehmungen (10) in Sandwichplatten (1), wobei die Sandwichplatten (1) einen stauchfähigen Materialkern (2) enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht (3) und einer unteren Deckschicht (4) angeordnet ist, mit folgenden Schritten – Ausrichten einer Sandwichplatte (1) auf einer Positionierungs-Unterlage (5), – Einstellen und Positionieren eines Laserstrahlwerkzeuges (7) auf die Sandwichplatte (1) und Ausrichten des Laserstrahlenbündels (8) des Laserstrahlwerkzeuges (7) auf die Umrandung (6) der festgelegten Ausnehmung (10) auf einer Deckschicht (3; 4), gekennzeichnet durch – Trennen des von der Umrandung (6) umgebenden und zu einem Trennteil (11) führenden Deckschichtbereiches der festgelegten Ausnehmung (10) von der restlichen Deckschicht (3; 4) durch das Laserstrahlenbündel (8) mit in der Sandwichplatte (1) festgelegter Trenntiefe (V1, V2), wobei die Trenntiefe V1 der Dicke der oberen Deckschicht (3) und die Trenntiefe V2 der Dicke der oberen Deckschicht (3) plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern (2) hinein entsprechen, wobei die festgelegte Ausnehmung (10) eine Vertiefung der bearbeiteten Sandwichplatte (1) bis in den Materialkern (2) hinein darstellt, wobei das getrennte Trennteil (11) der Ausnehmung (10) durch eine über der Ausnehmung (10) positionierte Setzvorrichtung (9) kraftdefiniert senkrecht zur Sandwichplatte (1) eine Versetzung erfährt, wobei je nach festgelegter Trenntiefe (V1, V2) das Trennteil (11) im stauchfähigen Materialkern (2) die Vertiefung (10) bildend unter Ausbildung eines unter der Vertiefung (10) befindlichen Stauchkerns (18) versetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Ausnehmungen können Vertiefungen in den Sandwichplatten hinein oder Durchgangsöffnungen durch die Sandwichplatten hindurch sein, die z. B. zum Anbringen und Einbringen von Adaptern und Beschlägen an den Sandwichplatten vorgesehen sind.
Eine herkömmliche Sandwichplatte 1, bei der der Materialkern 2 ein Wabenkern ist, wird, wie in 1 und 2 gezeigt ist, als eine dreischichtige Verbundkonstruktion in Sandwichbauweise in der Druckschrift Britzke: Entwicklung einer kontinuierlich herstellbaren Sandwichplatte mit Papierwabenkern, Dissertation, Schriftenreihe Holz- und Papiertechnik, Band 8, ISBN 978-3-86780-255-0, 2011 beschrieben, wobei die Sandwichplatte 1 aus zwei tragenden Deckschichten – aus einer oberen Deckschicht 3 und aus einer unteren Deckschicht 4 – sowie aus einem zwischen den Deckschichten 3, 4 angeordneten und ausgebildeten Stützkern 2 besteht. Der Stützkern 2 kann aus Pappe, harzgetränktem Papier, Faserkunststoff oder dünnen Aluminiumfolien sowie aus luftgefüllten Schaumstoffkonstruktionen hergestellt sein. Die Deckschichten 3, 4 können aus Pappe, Kunststoff, Faserverbundwerkstoffen oder Metallblech bestehen sowie als Naturholzplatte, Spanplatte oder als MDF-Platte ausgeführt werden.
Verschiedene Materialkombinationen zwischen Stützkern 2 und Deckschichten 3, 4 sind möglich; Stützkern 2 und Deckschichten 3, 4 können stoffschlüssig z. B. miteinander verklebt sein.
Die Sandwichplatte 1 übernimmt das Prinzip des Doppel-T-Trägers für das Flächentragwerk, indem die dünnen Deckschichten 3, 4 mit ihrem großen Abstand zur Mittelfläche innerhalb des Stützkerns 2 für ein großes Flächenträgheitsmoment und damit eine hohe Biegesteifigkeit sorgen, während der Stützkern 2 gleichzeitig Schubsteifigkeit erzeugt und die Deckschichten 3, 4 kontinuierlich gegen Beulen und Knittern stützt.
Sandwichplatten 1 mit Wabenkern 2 werden mit quasi-isotroper Biegesteifigkeit ausgelegt und finden als typische Bauform der Leichtbauweise u. a. im Flugzeugbau Anwendung.
Die Sandwichplatten 1 mit dem Stützkern 2 aus Papier oder Pappe können dabei so ausgerüstet sein, dass sie mit mehr als 50 Tonnen pro m² belastet werden können. Bei gleicher Biegefestigkeit wird vorteilhafterweise die Dichte im Vergleich z. B. zu einer massiven Spanplatte deutlich verringert.
Die Leichtbauweise mit Holzrohstoffen wirkt einem zukünftigen Rohstoffmangel an Holz entgegen, senkt Transportkosten, verbessert Montierbarkeit und ermöglicht durch geringere statische Lasten Konstruktionen mit höherer Nutzlast.
Typische Anwendungsbereiche der Sandwichplatte 1 mit Papierkern 2 sind der Messebau, Trennwände, Fertighausbau, Kulissen- und Bühnenbau, Schiebetüren, Akustikbau, Bodensysteme, Treppenbau, Deckenverkleidung, Wandverkleidung, Wohnwagenbau, Regalbau und vor allem der Möbelbau sowie Verpackungen.
Hergestellt werden können die Stützkern-Waben auch aus Kunststoffen, vorzugsweise aus Polypropylen oder Polycarbonat. Die technischen Waben werden durch das Verkleben von im Extrusionsverfahren hergestellten Röhrchen erzeugt, die durch Teilung das Plattenmaterial ergeben.
Zum Einsatz kommt z. B. auch Aramidfaser, auch bezeichnet als Nomex-Papier, das mit Kunstharz, beispielsweise Epoxid- oder Phenolharz überzogen wird, um die Stabilität zu erhöhen und die Flüssigkeitsaufnahme zu verhindern.
Zum Einsatz kommt auch Aluminium, insbesondere in der Luft- und Raumfahrttechnik. Um die Zugfestigkeit von Aluminiumdeckschichten auszunutzen, ist ein Wabenkern aus Aluminium erforderlich.
Durch den mehreckförmigen, insbesondere den sechseckförmigen Aufbau des Wabenkern-Materials entsteht eine hohe mechanische Steifigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht, was die Waben in Verbindung mit der Sandwichbauweise u. a. für die Luft-, Bootsbau- und Raumfahrtindustrie sowie für die Caravan-Industrie attraktiv macht. So werden sog. Wabenpaneele in Flugzeugleitwerken und -tragflächen, leichten Schiffsrümpfen, Surfbrettern sowie LKW-Aufbauten eingesetzt. Seit einigen Jahren werden außerdem Polyurethan-Glasfaser-Wabenteile in Automobilen als Reserverad-Abdeckungen, Hutablagen und Schiebehimmel eingesetzt.
Für das Einbringen von auf dem Markt verfügbaren Adaptern oder Beschlägen, wie z. B. von Topfscharnieren mit Scharniertöpfen in für Möbelbauteile vorgesehenen Sandwichplatten ist es üblich, eine Kombination mehrerer Bohrungen mit kreisförmigem Querschnitt mittels mindestens zwei Bohr- bzw. Fräswerkzeugen zu installieren, um folgende Funktionen zu erfüllen:

1. eine formschlüssige Verbindung von Scharniertopf und Sandwichplatte sowie
2. eine kraftschlüssige Verbindung bzw. Lage-Fixierung von Scharniertopf und Sandwichplatte.

Insbesondere die Ausnehmungen in Sandwichplatten für Möbelbauteile in Form von Vertiefungen oder Durchgangsöffnungen werden derzeit mit mindestens zwei Bohr- bzw. Fräswerkzeugen in zumindest eine aus auf Holz basierendem Verbundwerkstoff bestehende Deckschicht der Sandwichplatte eingebracht. Dazu werden entsprechend der Anzahl der Bohrungen z. B. im Möbelbauteil meist mehrere Bohrautomaten in entsprechender Konfiguration benutzt. Sind die Bohrungen tiefer als nur die obere Deckschicht aus auf Naturstoff, insbesondere Holz basierendem Verbundwerkstoff, so können die benachbarten Kernwandungen der Waben durch die spanabhebende Bearbeitung zumindest zum Teil zerstört werden.
Folgende weitere Nachteile für diese Verfahren und Verfahrensschritte insbesondere für Sandwichplatten als Möbelbauteile sind vorhanden:

– Einsatz von ausschließlich herkömmlichen Adaptern oder Beschlägen, wie z. B. Topfscharnieren mit kreisförmigem Querschnitt in kreisförmigen Öffnungen in der Deckschicht der Sandwichplatte,
– Verwendung von mindestens zwei Bohr- bzw. Fräswerkzeugen mit beschlagabhängigen Abmessungen,
– Notwendige kraftschlüssige Verbindung bzw. Lage-Fixierung bei Verwendung herkömmlicher Adapter oder Beschläge, wie z. B. Topfscharniere mit kreisförmigem Querschnitt,
– Erzeugen von spanförmigem Materialabfall,
– Entfernung von spanförmigem Materialabfall vom/aus dem Bauteil (Absaugung),
– Entsorgung von spanförmigem Materialabfall.

Die Druckschrift DE 103 17 363 B3 betrifft ein Verfahren zum Bohren von Löchern in einem elektrischen Schaltungssubstrat mittels eines Laserstrahls, der über eine Ablenkoptik und eine Abbildungseinheit auf jeweils eine Bohrposition eingestellt und dann im Bereich des zu erzeugenden Bohrloches in einer Kreisbewegung geführt wird.
Dabei erfolgen die Bewegung und die Zentrierung der Laserstrahlachse zu der jeweiligen Bohrposition durch eine erste Ablenkeinheit, wobei die Kreisbewegung dem Laserstrahl durch eine der ersten Ablenkeinheit vorgeschaltete zweite Ablenkeinheit kontinuierlich aufmoduliert wird und wobei der Laserstrahl nur eingeschaltet wird, wenn die erste Ablenkeinheit in Ruhe ist.
Mit der zugehörigen Anordnung werden hauptsächlich die Steuerung und die Anordnung des Laserwerkzeuges beschrieben. Mit dem Laserwerkzeug können nur elektrische Schaltungssubstrate bearbeitet werden, die im Wesentlichen aus zwei Deckschichten und einer dielektrischen Zwischenschicht besteht. Bedingt durch Anwendungen des Schaltungssubstrates werden nur Durchgangsöffnungen erzeugt.
Die Druckschrift DE 10 2009 021 200 A1 betrifft ein Verfahren zum Beschnitt von Sandwich-Wandstrukturen. Dabei wird zunächst eine Wabenstruktur beidseitig mit einem getränkten Vlies beschichtet und das so hergestellte Sandwich-Zwischenprodukt in einer Werkzeugpresse zumindest geringfügig unter Beibehaltung der Wabenstruktur verpresst, so dass zwischen dem vorgesehenen Nutzteil (Produkt) und einem Abfallteil ein durch eine Laserbeschnittvorrichtung bearbeitbarer Beschnitt-Bereich entsteht.
Zum Beschneiden der Umrandung des Produktes werden zumindest im Beschnitt-Bereich Teile des Sandwich-Zwischenproduktes derart kompakt verpresst, dass die Hohlräume in der Wabenstruktur zumindest im Wesentlichen aufgehoben sind, ein Stauchbereich entsteht und dann wird in diesem kompakt verpressten Stauchbereich ein totaler durchgängiger Laserbeschnitt mit einer Laserbeschnittvorrichtung durchgeführt.
Das für den Gebrauch vorgesehene Sandwich-Zwischenprodukt wird durch eine eingestellte Werkzeugpresse verpresst, wobei das Sandwich-Zwischenprodukt durch die eingestellte Verpressung aus dem Nutzteil (Finalprodukt), dem besonders stark verpressten Beschnitt-Bereich und einem Abfallteil besteht. Durch die Laserbeschnittvorrichtung wird der Beschnitt-Bereich laserstrahlmäßig durchgängig beschnitten, um das Nutzteil aus der Umklammerung durch das Abfallteil herauszulösen. Die Laserbeschnittvorrichtung schneidet im intensiv verpressten Beschnitt-Bereich den Abfallbereich vom Nutzteil ab.
Die Druckschrift DE 10 2009 013 437 A1 betrifft ein Ausstoßwerkzeug zum Bearbeiten von Werkstücken, insbesondere zum Ausstoßen von schneidstrahlgeschnittenen Werkstücken, mit zumindest einem Restteil sowie ein Verfahren zum Ausstoßen von Restteilen mit einem Ausstoßwerkzeug, bei dem ein Stanzstempel aus einer Mehrzahl von Stanzwerkzeugen mit einem Oberwerkzeug und eine Gegenschneidkante eines Unterwerkzeuges des Ausstoßwerkzeuges ausgewählt wird und ein Mikrosteg, der nach dem Einbringen eines Schneidspaltes in das plattenförmige Material ein Restteil zur Teilfläche verbindet, durchgetrennt wird und das Restteil durch eine Ausstoßöffnung im Unterwerkzeug abgeführt wird.
Das Ausstoßwerkzeug entspricht zwar einer Setzvorrichtung, mit der Durchgangsöffnungen in einer Blechtafel nach Schnitt von Konturen mit Mikrostegen erzeugt worden. Aber mit der Blechtafelgestaltung stehen keine Stauchbereiche innerhalb der Blechtafel zu Diskussion.
Die Druckschrift DE 10 2010 011 207 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Schneiden von im Verbund vorliegenden miteinander verbundenen Kunststofferzeugnissen für den medizinischen Bereich, umfassend mindestens einen Laser, mindestens ein Lasersteuerungssystem, und mindestens eine optische Erfassungs- und Datenverarbeitungseinheit umfasst. Durch die optische Erfassungseinheit werden Positionsdaten für die im Verbund vorliegenden miteinander verbundenen Kunststofferzeugnisse bestimmt. Aus den Positionsdaten wird ein Schnittmuster berechnet, welches an das Lasersteuerungssystem weitergeleitet wird. Anhand dieses Schnittmusters werden die Lage des Brennpunktes und die Intensität des Brennpunktes des Lasers mittels des Lasersteuerungssystems gesteuert, welches eine Fokussieroptik, eine Ablenkeinrichtung und eine Strahlformung umfasst.
In der Vorrichtung zum Schneiden wird vom Laserstrahlwerkzeug der jeweilige Verbundsteg zwischen den Kunststofferzeugnissen angeschnitten und mittels einer Messereinrichtung durchschnitten. Vor dem Durchschnitt der halternden Verbundstege werden diese für den Durchschnitt außerhalb der Kunststofferzeugnisse verpresst.
Die Druckschrift AT 505 767 A4 betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten von Leichtbauplatte für die sich anschliessende Befestigung von Beschlägen, wobei die Leichtbauplatten eine obere Deckschicht und eine untere Deckschicht und einen dazwischen angeordneten Kern von Hohlräumen aufweist, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:

– Vorsehen von mindestens zwei Fülllöchern in einem oder mehreren zur Montage des Beschlages bzw. der Beschläge vorgesehenen Bereichen einer Deckschicht der Leichtbauplatte,
– Einbringen eines aushärtbaren Füllstoffes durch die Fülllöcher in Hohlräume des Kerns der Leichtbauplatte und
– Aushärten des Füllstoffes.

In dem Verfahren wird im Bereich von Ausnehmungen in den Wabenkern aushärtbarer Füllstoff durch in eine Deckschicht gebohrte Fülllöcher eingelagert. Nach Aushärtung des Füllstoffes werden die Beschläge durch Verschraubungen befestigt. Eine Verpressung des Wabenkerns im Bereich der Ausnehmung ist nicht vorgesehen. Durch Ausbohrungen der vom ausgehärteten Füllstoff umgebenen Ausnehmungen wird ein relativ großer Materialabfall von Bauplattenmaterial und Füllstoff erzeugt.
Die Druckschrift DE 102 61 667 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laserschneiden eines Werkstücks durch Führung eines Laserstrahls längs einer vorgewählten Schnittlinie, in deren Bereich sich während des Schneidvorgangs ein in der Bewegungsrichtung des Laserstrahls fortschreitendes Plasma bildet. Dabei wird das Plasma kontinuierlich beobachtet und die beobachtete Eigenschaft des Plasmas wird mit der Qualität des ausgeführten Schneidvorgangs in Beziehung gesetzt.
In der angegebenen Druckschrift sind die Entstehung und die Steuerung eines Plasmas zum Schneiden und dessen Beobachtung angegeben. Es werden durchgängige Durchschnitte zur Erzeugung von Durchgangsöffnungen im Werkstück erzeugt.
Die Druckschrift EP 0 696 493 A1 betrifft eine Laserstrahlvorrichtung zum Schneiden eines Loches nach einem Bearbeitungsprogramm, die aufweist:

– Lasermittel zum Lesen eines Lochprofils einer Lochgröße über den Mittelpunkt des Lochs und eine Startposition sowie einer endgültigen Startposition der vordersten Stufe eines Bearbeitungskopfes,
– Mittel zum Erzeugen einer glatten Bahn, die eine Bearbeitungsbahn aus dem Lochprofil, der Lochgröße, dem Mittelpunkt des Loches, der Startposition und der endgültigen Stoppposition erzeugen, so dass die gesamte Bahn für die vorderste Stufe des Bearbeitungskopfes glatt wird, wobei die Bearbeitungsbahn von Abschnitten und kreisförmigen Bögen gebildet wird, die Abschnitte und kreisförmigen Bögen so zu erzeugen, dass sie aneinander anschließen und die bahnerzeugenden Mittel die kreisförmigen Bögen durch Multiplikation der Lochgröße mit einem vorbestimmten Faktor darstellen, und
– bearbeitungsprogramm-erzeugende Mittel zum Erzeugen des Bearbeitungsprogramms auf der Grundlage der Bearbeitungsbahn, wobei die bearbeitungsprogramm-erzeugenden Mittel das Bearbeitungsprogramm so erzeugen, dass der Bearbeitungskopf während des gesamten Verfahrens von der Startposition zur endgültigen Stoppposition anhält.
Es wird eine gesteuerte Laserstrahlvorrichtung zum Schneiden von Lochprofilen angegeben und deren Wirkungsweise beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten anzugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass der Apparateaufwand zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten verringert wird und spanförmige Materialabfälle von Sandwichplatten vermieden werden.
Des Weiteren soll eine Kontur, z. B. eine Umrandung, welche jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrisch ebenen Figur aufweisen kann und die geschlossen oder teilweise umrandet mit Haftstegen oder Haftbrücken versehen ist, zumindest auf/in die obere Deckschicht der Sandwichplatte eingebracht werden (Bsp. Rechteck: Positionsfixierung und Verdrehsicherheit von Adaptern oder Beschlägen in einer Kontur) können.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst.
Das Verfahren zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten, wobei die Sandwichplatten einen stauchfähigen Materialkern enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht und einer unteren Deckschicht angeordnet ist, mit folgenden Schritten

– Ausrichten einer Sandwichplatte auf einer Positionierungs-Unterlage,
– Einstellen und Positionieren eines Laserstrahlwerkzeuges auf die Sandwichplatte und Ausrichten des Laserstrahlenbündels des Laserstrahlwerkzeuges auf die Umrandung der festgelegten Ausnehmung auf einer Deckschicht,

– Trennen des von der Umrandung umgebenden und zu einem Trennteil führenden Deckschichtbereiches der festgelegten Ausnehmung von der restlichen Deckschicht durch das Laserstrahlenbündel mit in der Sandwichplatte festgelegter Trenntiefe V₁, V₂, wobei die Trenntiefe V₁ der Dicke der oberen Deckschicht und die Trenntiefe V₂ der Dicke der oberen Deckschicht plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern hinein entsprechen,

Die Umrandung kann als eine geschlossene Kontur ohne Haftstege oder Haftbrücken ausgebildet werden.
Die Umrandung kann zumindest einen Haftsteg als Konturunterbrechung aufweisen, die bei einer Setzung einer Vertiefung als Schwachstelle durchbrochen wird.
Die Deckschichten können aus auf Naturstoff basierendem Verbundwerkstoff bestehen. Der Naturstoff kann Holz sein.
Als Materialkerne können Wabenkerne oder luftgefüllte Schaumstoffkonstruktionen eingesetzt werden.
Das von der Kontur eingeschlossene, von der oberen Deckschicht abgetrennte Trennteil wird definiert tief in den Sandwichplatten-Materialkern in Form einer Vertiefung eingedrückt. In Kombination mit der so vorbereiteten Sandwichplatte kann ein Adapter oder Beschlag, wie z. B. ein Topfscharnier, welches denselben Querschnitt, wie die Kontur der hergestellten Sandwichplatten-Ausnehmung aufweist, in die Sandwichplatte mit der speziellen Setzvorrichtung für Adapter und/oder Beschläge – der Beschlag-Setzvorrichtung – eingebracht werden.
Das Erzeugen von Ausnehmungen z. B. in Möbelbauteilen aus Sandwichplatten betrifft Ausnehmungen/Öffnungen, die jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrischen ebenen Figur zum Einbringen von Adaptern oder Beschlägen, wie z. B. Topfscharnieren mit demselben Querschnitt aufweisen, ohne dass dabei ein wesentlicher spanförmiger Materialabfall anfällt und wobei die von der Kontur eingeschlossene, abgetrennte Deckschicht definiert tief in die Schicht des Materialkerns eingedrückt die Funktion einer Unterlage für den Adapter oder Beschlag, wie z. B. für ein Topfscharnier übernimmt. Unter einem Topfscharnier wird dabei im weitesten Sinne einen Beschlag zur Befestigung von Türen am Möbelbauteil verstanden.
Eine Vorrichtung zur Herstellung von Ausnehmungen in Sandwichplatten, wobei die Sandwichplatten einen stauchfähigen Materialkern enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht und einer unteren Deckschicht angeordnet ist, zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens,
umfasst zumindest

– eine Positionierungs-Unterlage zur Aufnahme einer Sandwichplatte,
– ein Laserstrahlwerkzeug zur Emission eines intensitätseinstellbaren und fokuseinstellbaren Laserstrahlbündels und zur Trennung von Trennteilen aus der Schicht der Sandwichplatte zur Ausbildung von Ausnehmungen mit verschiedenen Trenntiefen V₁, V₂, wobei die Trenntiefe V₁ der Dicke der oberen Deckschicht und die Trenntiefe V₂ der Dicke der oberen Deckschicht plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern hinein entsprechen,

– eine Setzvorrichtung zur Versetzung von zumindest einem aus der Sandwichplatte getrennten Trennteil, das definiert tief in den stauchfähigen Materialkern eingedrückt wird, und
– eine Steuereinheit, die über eine Leitung mit der Positionierungs-Unterlage, über eine Leitung mit dem Laserstrahlwerkzeug und über eine Leitung mit der Setzvorrichtung in Verbindung steht sowie die Signale zur koordinierten Steuerung der Funktionseinheiten: der Positionierungs-Unterlage, des Laserstrahlwerkzeuges und der Setzvorrichtung, an die Funktionseinheiten übermittelt.

Die Setzvorrichtung kann als eine Beschlag-Setzvorrichtung ausgebildet sein.
Die Beschlag-Setzvorrichtung kann mit einer Beschlag-Bereitstellungseinheit in Verbindung stehen.
Die Positionierungs-Unterlage kann derart ausgebildet sein, dass die Weiterbearbeitung von Sandwichplatten mit geschlossenen oder teilgeschlossenen Konturen auf einer Bearbeitungs-Unterlage oder einer Setz-Unterlage der Setzvorrichtung für die Trennteile, die in der Sandwichplatte bis zur Weiterverarbeitung bleiben, erfolgt.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels mehrerer Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer Sandwichplatte nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Explosionsdarstellung einer Sandwichplatte nach 1,
3 schematische Darstellungen zur Ausbildung von Ausnehmungen geringer Trenntiefe in Form einer Vertiefung in einer Sandwichplatte, wobei
3a eine Sandwichplatte vor der Abtrennung eines mit einer festgelegten Trenntiefe versehenen Trennteils auf einer Positionierungs-Unterlage,
3b eine Sandwichplatte auf einer Positionierungs-Unterlage mit einzustellenden und zu positionierendem Laserstrahlwerkzeug,
3c eine Sandwichplatte mit einem durch das Laserstrahlwerkzeug getrennten Trennteil,
3d eine Sandwichplatte mit Setzvorrichtung, die über dem ausgeschnittenen Trennteil platziert ist, um das Trennteil in eine vorgegebene Trenntiefe zur Herstellung einer als Vertiefung ausgebildeten Ausnehmung zu versetzen, und
3e eine Sandwichplatte in endgültiger Ausbildung mit Vertiefung zeigen,
4 eine schematische Darstellung einer als Vertiefung ausgebildeten Ausnehmung in einer Sandwichplatte für einen in die Ausnehmung einzusetzenden Standard-Türbeschlag,
5 eine schematische Darstellung in Draufsicht eines mit dem Scharniertopf in die Vertiefung der Sandwichplatte nach 4 mit einem in einen Wabenkern eingesetzten Standard-Türbeschlages bis auf die festgelegte Trenntiefe eingedrückten Trennteils als Unterlage zur Arretierung für den Beschlag, und
6 eine schematische Darstellung in Seitenansicht des eingesetzten Standard-Türbeschlages in die Vertiefung der Sandwichplatte mit einem in den Wabenkern bis auf die festgelegte Trenntiefe eingedrückten Trennteil als Unterlage für den Beschlag nach 5.
Im Folgenden werden die 3a, 3b, 3c, 3d und 3e gemeinsam betrachtet.
Dazu sind in den Figuren jeweils Verfahrensschritte zur Ausbildung einer Ausnehmung 10 in Form einer Vertiefung mit festgelegter Trenntiefe V₂ in einer Sandwichplatte 1, wobei die Trenntiefe V₂ geringer als die Dicke D der Sandwichplatte 1 ist und in den Wabenkern 2 hineinreicht, mittels einer Vorrichtung 30 gezeigt.
In 3a sind die Sandwichplatte 1 vor der Abtrennung eines mit der festgelegten Trenntiefe V₂ versehenen Trennteils 11 auf einer Positionierungs-Unterlage 5, in 3b die Sandwichplatte 1 auf der Positionierungs-Unterlage 5 einer Vorrichtung 30 mit einem einzustellenden und zu positionierenden Laserstrahlwerkzeug 7, in 3c die Sandwichplatte 1 mit dem durch das Laserstrahlenbündel 8 des Laserstrahlwerkzeuges 7 getrennten Trennteil 11, in 3d die Sandwichplatte 1 mit einer Setzvorrichtung 9, die über dem ausgeschnittenen Trennteil 11 platziert ist, um das Trennteil 11 in die vorgegebene Trenntiefe V₂ zur Herstellung einer als Vertiefung ausgebildeten Ausnehmung 10 mit einem darunter befindlichen Stauchkern 18 zu versetzen, der nach der Versetzung durch die Setzvorrichtung 9 in 3e dargestellt ist, und in 3e die Sandwichplatte 1 in endgültiger Ausbildung mit der Vertiefung 10 und dem Stauchkern 18 gezeigt.
In den 3a bis 3e ist in schematischen Darstellungen somit ein Verfahren zur Herstellung einer Ausnehmung 10 in ein Möbelbauteil aus einer Sandwichplatte 1 in mehreren Schritten mittels der Vorrichtung 30 dargestellt, wobei die Sandwichplatte 1 einen Wabenkern 2 enthält, der jeweils zwischen einer oberen Deckschicht 3 und einer unteren Deckschicht 4 angeordnet ist. Die Deckschichten 3, 4 können aus einem auf Naturstoff/Holz basierenden Verbundwerkstoff bestehen.
Es werden folgende Schritte durchgeführt:

– Ausrichten einer Sandwichplatte 1 auf einer Positionierungs-Unterlage 5 nach 3a,
– Einstellen und Positionieren eines Laserstrahlwerkzeuges 7 auf die Sandwichplatte 1 und Ausrichten des Laserstrahlenbündels 8 des Laserstrahlwerkzeuges 7 auf eine vorgegebene Umrandung 6, die eine geschlossene oder teilgeschlossene Kontur darstellt, der festgelegten Ausnehmung 10 auf der oberen Deckschicht 3 gemäß 3b,
– Trenen eines von der Umrandung 6 umgebenen und zu einem Trennteil 11 führenden Deckschichtbereiches zur Ausbildung der festgelegten Ausnehmung 10 von der oberen Deckschicht 3 der Sandwichplatte 1 aus durch das Laserstrahlenbündel 8 mit in der Sandwichplatte 1 festgelegter Trenntiefe V₂ gemäß 3c,

10

2

1

11

10

9

1

10

3d

₂

11

2

10

3e

18

Dabei setzt sich die Dicke D der Sandwichplatte 1 gemäß 3a zusammen aus der Dicke der oberen Deckschicht 3, aus dem Abstand A des Materialkerns 2 zwischen der oberen Deckschicht 3 und der unteren Deckschicht 4 und aus der Dicke der unteren Deckschicht 4.
Die Trenntiefe V₁ entspricht der Dicke der oberen Deckschicht 3 und die Trenntiefe V₂ entspricht der Dicke der oberen Deckschicht 3 plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern 2 hinein.
Es braucht nicht in jedem Falle eine geschlossene Kontur als Umrandung ausgebildet sein. Die die jeweilige Größe der Ausnehmung 10 definierende Umrandung kann auch zwischen der oberen Deckschicht 3 und dem Trennteil 11 zumindest einen Haftsteg oder eine Haftbrücke (nicht eingezeichnet) als Konturunterbrechung aufweisen, die bei einer späteren Setzung einer Vertiefung 10 als Schwachstelle durchbrochen werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 zur Herstellung von Ausnehmungen 10 in Sandwichplatten 1, wobei die Sandwichplatten 1 einen als Wabenkern ausgebildeten Materialkern 2 enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht 3 und einer unteren Deckschicht 4 angeordnet ist,
umfasst gemäß den 3b, 3c, 3d zumindest

– eine Positionierungs-Unterlage 5 zur Aufnahme einer zu positionierenden Sandwichplatte 1,
– ein Laserstrahlwerkzeug 7 zur Emission eines intensitätseinstellbaren und fokuseinstellbaren Laserstrahlbündels 8 und zur Trennung von Trennteilen 11 aus der Schicht der Sandwichplatte 1 zur Ausbildung von Ausnehmungen in der Sandwichplatte 1,
– eine Setzvorrichtung 9 zur Versetzung von zumindest einem aus der Sandwichplatte 1 getrennten Trennteil 11,
– eine Steuereinheit 23, die über eine Leitung 20 mit der Positionierungs-Unterlage 5, über eine Leitung 21 mit dem Laserstrahlwerkzeug 7 und über eine Leitung 22 mit der Setzvorrichtung 9 in Verbindung steht sowie die Signale zur Steuerung der Funktionseinheiten: der Positionierungs-Unterlage 5, des Laserstrahlwerkzeuges 7 und der Setzvorrichtung 9, an die Funktionseinheiten 5, 7, 9 übermittelt.

Es wird mit einem Laserstrahlwerkzeug 7 (ohne spezifische Werkzeugabmessungen) die vorgegebene Kontur 6, welche jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrisch ebenen Figur aufweisen kann, in die obere Deckschicht 3 der Sandwichplatte 1 zur Ausbildung des Trennteils 11 eingebracht. Mit dem Laserstrahlwerkzeug 7 kann aber auch die geschlossene Kontur 6 von Seiten der unteren Deckschicht 4 eingebracht werden, wenn das Laserstrahlwerkzeug 7 gegenüber der unteren Deckschicht 4 angeordnet ist. Es wird das Trennteil 11 senkrecht zur Plattenebene von der Sandwichplatte 1 durch das Laserstrahlenbündel 8 zuerst zumindest trennbar markiert.
Dabei kann die verwendete Setzvorrichtung 9 mit dem in 3 gezeigten speziellen Setzstempel 12 als eine Beschlag-Setzvorrichtung ausgebildet sein, die mit einer Beschlag-Bereitstellungseinheit (nicht eingezeichnet) in Verbindung stehen kann.
Mit der Setzvorrichtung 9 wird der Beschlag 14 mit demselben Querschnitt, wie die zweidimensionale geometrisch ebene Figur, mit dem von der geschlossenen Kontur 6 eingeschlossenen, abgetrennten Trennteil 11 definiert tief in den Wabenkern 2 eingedrückt. Durch das Eindrücken des Trennteils 11 in den Wabenkern 2 faltet sich dieser im Druckbereich zusammen bzw. wird der Wabenkern 2 unterhalb des abgetrennten Trennteils 11 gestaucht und bildet eine ausreichend feste Unterlage für das Trennteil 11 bei der Einbringung und Arretierung des Beschlages 14.
In 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausnehmung 10 in Form einer Vertiefung für einen Standard-Türbeschlag (nicht eingezeichnet) angegeben. Dabei ist die Ausnehmung 10 als eine Hauptvertiefung mit einem größeren Durchmesser von zwei Nebenvertiefungen 16 und 17 mit kleinerem Durchmesser begleitet in die Sandwichplatte 1 eingebracht. Die 4 zeigt dabei das mit dem Laserstrahlenbündel 8 gemäß 3b, 3c getrennte und in den Wabenkern 2 eingedrückte Trennteil 11 der Deckschicht 3.
In 5 ist in einer schematischen Darstellung in Draufsicht ein in die Ausnehmung 10 eingesetzter Scharniertopf 19 eines Standard-Türbeschlages 14 mit einem in den Wabenkern 2 bis auf die festgelegte Trenntiefe V₂ eingedrückten Trennteil 11 als Unterlage für eine Arretierung des Beschlages 14 gezeigt.
Die 6 zeigt in Seitenansicht den in die Ausnehmung 10 – Vertiefung – eingesetzten Scharniertopf 19 des Standard-Türbeschlages 14 in die Vertiefung mit einem in den Wabenkern 2 bis auf die festgelegte Trenntiefe V₂ eingedrückten Trennteil 11 als Unterlage für den Scharniertopf 19 des Beschlages 14 nach 5, wobei der ursprünglich ausgebildete Wabenkern 2 unterhalb des versetzten Trennteils 11 zu einem Stauchkern 18, wie auch in 3e gezeigt ist, gedrückt ist.
Das von der geschlossenen Kontur 6 eingeschlossene, von der oberen Deckschicht 3 und zum Teil von Kernwandungen der Waben abgetrennte Trennteil 11 kann somit definiert tief in den Sandwichplattenkern 2 zur Ausbildung der Vertiefung 10 eingedrückt werden. In Kombination mit der so vorbereiteten Sandwichplatte 1 kann ein Adapter oder Beschlag 14, wie z. B. ein Topfscharnier, dessen Scharniertopf 19 denselben Querschnitt wie die hergestellte Sandwichplatten-Vertiefung 10 aufweist, in die Sandwichplatte 1 mit der speziellen Setzvovorrichtung 9 für Adapter und/oder Beschläge 14 eingebracht werden.
Das Erzeugen von Ausnehmungen 10 in Möbelbauteilen aus Sandwichplatten 1 betrifft insbesondere Vertiefungen, die jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrischen ebenen Figur aufweisen zum Einbringen von Adaptern oder Beschlägen 14, wie z. B. Topfscharnieren mit demselben Querschnitt des Scharniertopfes 19, ohne dass dabei spanförmiger Materialabfall anfällt und das von der geschlossenen Kontur 6 eingeschlossene, vollständig von der oberen Deckschicht 3 abgetrennte Trennteil 11 definiert tief in die Schicht des Wabenkerns 2 eingedrückt die Funktion einer Unterlage für den Adapter oder Beschlag 14, wie z. B. für ein Topfscharnier übernimmt. Unter einem Topfscharnier wird dabei im weitesten Sinne ein Beschlag 14 zur Befestigung von Türen am Möbelbauteil verstanden.
Die jeweilige Versetzung zumindest des Trennteils 11 mit der oberen Deckschicht 3 in einer Vertiefung 10 kann gemäß der 3d mit dem Setzstempel 12 vor der Einbringung des Beschlagteils 19 (Scharniertopf) durchgeführt werden, dessen Kontur vorzugsweise zumindest mit der geschlossenen Kontur 6 auf der oberen Deckschicht 3 übereinstimmt.
Die Positionierungs-Unterlage 5 kann derart ausgebildet sein, dass die Weiterbearbeitung von Sandwichplatten 1 mit teilgeschlossenen Konturen auf einer anderen Bearbeitungs-Unterlage oder einer Setz-Unterlage der Setzvorrichtung 9 erfolgt, insbesondere für die Trennteile, die in der Sandwichplatte 1 bis zur Weiterverarbeitung bleiben und dafür mit Haftstegen oder Haftbrücken ausgebildete Konturen, also nicht vollständig geschlossene Konturen, aufweisen.
Das Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen auf einen Materialkern 2 mit Waben ausgerichtet. Ebenso kann der Materialkern 2 aus luftgefüllten Schaumstoffkonstruktionen oder anderen bereits im Stand der Technik genannten Materialien bestehen.
Zusammenfassend kann festgestellt werden:

– Es liegt eine Verwendung von ausschließlich einem Werkzeug (Laserstrahl) zum Trennen eines Trennteils aus der Sandwichplatte vor, wobei die Trennung aus einer Deckschicht durchgeführt wird.
– Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst im Wesentlichen die Kombination des Herstellungsverfahrens für Ausnehmungen in Sandwichplatten mit einem Laserstrahlwerkzeug und einer Setzvorrichtung zur Verschiebung des Trennteils im Zusammenhang mit dem Einsatz von Adaptern oder Beschlägen, wie z. B. von Topfscharnieren, welche jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrisch ebenen Figur aufweisen können, wobei das von der geschlossenen Kontur oder von der teilgeschlossenen Kontur – Umrandung ohne oder mit Haftstegen bzw. Haftbrücken – eingeschlossene, durch das Laserstrahlenbündel abgetrennte und definiert tief in den Materialkern eingedrückte Trennteil die Funktion einer ausreichend festen Basis für den Adapter oder Beschlag, von z. B. für ein Topfscharnier übernimmt.
– Die Anzahl der Ausnehmungen in der Sandwichplatte zur Fixierung eines Adapters oder Beschlags kann gegenüber dem Stand der Technik verringert (am Beispiel eines Topfscharniers: Verringerung der notwendigen Ausnehmungen von drei Ausnehmungen auf eine Ausnehmung) werden.
– Generierung einer hohen Prozessgeschwindigkeit durch fehlende Werkzeugwechselzeiten.

Zusätzliche Vorteile können in folgender Form auftreten:

– Erzeugen von Ausnehmungen, die jeden möglichen Querschnitt einer zweidimensionalen geometrisch ebenen Figur aufweisen können,
– Einsatz von Adaptern oder Beschlägen, wie z. B. Topfscharnieren, mit einem Querschnitt einer zweidimensionalen geometrisch ebenen Figur, ohne dass dabei zusätzliche Bohrungen für eine kraftschlüssige Verbindung bzw. Lage-Fixierung von Adapter oder Beschlag, wie z. B. von Topfscharnier und Deckschicht notwendig sind,
– Die Position des Beschlags ist mit einer Ausnehmung in der Sandwichplatte vollständig definiert,
– Nutzen des von der geschlossenen Kontur eingeschlossenen, abgetrennten Trennteils als ausreichend feste Basis für Adapter und Beschlag, wie z. B. für ein Topfscharnier,
– Kein Erzeugen von spanförmigem Materialabfall,
– Keine Entfernung von spanförmigem Materialabfall vom/aus dem Bauteil (Absaugung) notwendig,
– Keine Entsorgung von Material.

Bezugszeichenliste

1: Sandwichplatte
2: Materialkern
3: Obere Deckschicht
4: Untere Deckschicht
5: Positionierungs-Unterlage
6: Geschlossene oder teilgeschlossene Kontur/Umrandung
7: Laserstrahlwerkzeug
8: Laserstrahlenbündel
9: Setzvorrichtung
10: Ausnehmung/Vertiefung
11: Trennteil
12: Setzstempel
14: Beschlag
16: Nebenausnehmung
17: Nebenausnehmung
18: Stauchkern
19: Scharniertopf
20: Leitung zur Positionierungs-Unterlage
21: Positionierungsleitung zum Laserstrahlwerkzeug
22: Positionierungsleitung zur Setzvorrichtung
23: Steuereinheit
30: Vorrichtung
V₁: erste Trenntiefe
V₂: zweite Trenntiefe
D: Dicke der Sandwich platte
A: Abstand des Materialkerns von beiden Deckschichten

Claims

Verfahren zur Herstellung von Ausnehmungen (10) in Sandwichplatten (1), wobei die Sandwichplatten (1) einen stauchfähigen Materialkern (2) enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht (3) und einer unteren Deckschicht (4) angeordnet ist, mit folgenden Schritten – Ausrichten einer Sandwichplatte (1) auf einer Positionierungs-Unterlage (5), – Einstellen und Positionieren eines Laserstrahlwerkzeuges (7) auf die Sandwichplatte (1) und Ausrichten des Laserstrahlenbündels (8) des Laserstrahlwerkzeuges (7) auf die Umrandung (6) der festgelegten Ausnehmung (10) auf einer Deckschicht (3; 4), gekennzeichnet durch – Trennen des von der Umrandung (6) umgebenden und zu einem Trennteil (11) führenden Deckschichtbereiches der festgelegten Ausnehmung (10) von der restlichen Deckschicht (3; 4) durch das Laserstrahlenbündel (8) mit in der Sandwichplatte (1) festgelegter Trenntiefe (V₁, V₂), wobei die Trenntiefe V₁ der Dicke der oberen Deckschicht (3) und die Trenntiefe V₂ der Dicke der oberen Deckschicht (3) plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern (2) hinein entsprechen, wobei die festgelegte Ausnehmung (10) eine Vertiefung der bearbeiteten Sandwichplatte (1) bis in den Materialkern (2) hinein darstellt, wobei das getrennte Trennteil (11) der Ausnehmung (10) durch eine über der Ausnehmung (10) positionierte Setzvorrichtung (9) kraftdefiniert senkrecht zur Sandwichplatte (1) eine Versetzung erfährt, wobei je nach festgelegter Trenntiefe (V₁, V₂) das Trennteil (11) im stauchfähigen Materialkern (2) die Vertiefung (10) bildend unter Ausbildung eines unter der Vertiefung (10) befindlichen Stauchkerns (18) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrandung (6) als eine geschlossene Kontur ohne Haftstege oder Haftbrücken ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrandung (6) zumindest einen Haftsteg als Konturunterbrechung aufweist, die bei einer Setzung einer Vertiefung (10) als Schwachstelle durchbrochen wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (3, 4) aus auf Naturstoff basierendem Verbundwerkstoff bestehen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Naturstoff Holz ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Materialkerne (2) Wabenkerne oder luftgefüllte Schaumstoffkonstruktionen eingesetzt werden.
Vorrichtung (30) zur Herstellung von Ausnehmungen (10) in Sandwichplatten (1), wobei die Sandwichplatten (1) einen stauchfähigen Materialkern (2) enthalten, der zwischen einer oberen Deckschicht (3) und einer unteren Deckschicht (4) angeordnet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, zumindest umfassend – eine Positionierungs-Unterlage (5) zur Aufnahme einer Sandwichplatte (1), – ein Laserstrahlwerkzeug (7) zur Emission eines intensitätseinstellbaren und fokuseinstellbaren Laserstrahlbündels (8) und zur Trennung von Trennteilen (11) aus der Schicht der Sandwichplatte (1) zur Ausbildung von Ausnehmungen (10) mit verschiedenen Trenntiefen (V₁, V₂), wobei die Trenntiefe V₁ der Dicke der oberen Deckschicht (3) und die Trenntiefe V₂ der Dicke der oberen Deckschicht (3) plus einer vorgegebenen Tiefe in den Materialkern hinein entsprechen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (30) enthält – eine Setzvorrichtung (9) zur Versetzung von zumindest einem aus der Sandwichplatte (1) getrennten Trennteil (11), das definiert tief in den stauchfähigen Materialkern (2) eingedrückt wird, und – eine Steuereinheit (23), die über eine Leitung (20) mit der Positionierungs-Unterlage (5), über eine Leitung (21) mit dem Laserstrahlwerkzeug (7) und über eine Leitung (22) mit der Setzvorrichtung (9) in Verbindung steht sowie die Signale zur koordinierten Steuerung der Funktionseinheiten: der Positionierungs-Unterlage (5), des Laserstrahlwerkzeuges (7) und der Setzvorrichtung (9) an die Funktionseinheiten (5, 7, 9) übermittelt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Setzvorrichtung (9) als eine Beschlag-Setzvorrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschlag-Setzvorrichtung mit einer Beschlag-Bereitstellungseinheit in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungs-Unterlage (5) derart ausgebildet ist, dass die Weiterbearbeitung von Sandwichplatten (1) mit geschlossenen oder teilgeschlossenen Konturen (6) auf einer Bearbeitungs-Unterlage oder einer Setz-Unterlage der Setzvorrichtung (9) für die Trennteile, die in der Sandwichplatte (1) bis zur Weiterverarbeitung bleiben, erfolgt.