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Titel der Erfindung
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Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus Lagenwerkstoffen Anwendungsgebiet
der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen
aus Lagenwerkstoffen wie z.B. Schichtholz, geschichteten Holzpartikelwerkstoffen,
Verbundwerkstoffen und Papierlaminaten, deren Anwendung im Möbelbau, Innenausbau,
Fahrzeugbau sowie in der Verpaokungs-, der Spielzeugindustrie und in der Sportgeräteindustrie
möglich ist.
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Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Es ist bekannt,
Formteile aus beleimten Lagen, wie Furnieren und/oder Holzwerkstoffplatten herzustellen,
indem diese Lagen in einem der beabsichtigten Form entsprechenden, mindestens zweiteiligen
Preßwerkzeug miteinander verpreßt werden. Ein solches Preßwerkzeug besteht in der
Regel aus Metall und ist mit einer Heizung ausgerüstet, um h.ißhärtende Klebstoffe
einsetzen zu können.
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So werden Furnierbündel (1 bis 2 mm Buchenfurniere bis maximal 38
Lagen in eine Stahlform eingelegt und anschließend unter Anwendung eines bruches
von 100 t verpreßt. Die Beheizung eriolgt mit Heißdampf. Je nach Laminatstärke beträgt
die Preßdauer einschließlich der Nachhärtezeit 10 bis 45 Minuten.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß hohe Drücke angewendet werden
müssen daß das Preßwerkzeug der Form des Formteiles entsprechend sehr voluminös
und teuer in seiner Herstellung ist, zu zu , daß, um eine wirtschaftliche Fermteilherstellung
zu gewährleisten, eine große Anzahl gleichgestalteter Teile hergestellt werden müssen,
die nur durch den nachträglichen unter schiedlichen Zuschnitt variiert werden können.
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Ein weiteres Verfahren hat die Herstellung von Formpreßteilen fUr
Stühle zum Gegenstand. Es werden 13 bis 19 Furnierstücke unter Verwendung von Bindemittellösung
in einer mit 4 mm dickem Aluminiumblech gefütterten Preßform aus Schichtholz unter
Verwendung einer hydraulischen Presse bei einem druck von 20 kp/cm2 470 Sekunden
gepreßt und mittels Hochfrequenz von 13,8 NHz erwärmt. Anschließend wird der Druck
von 20 kp/cm noch etwa 110 Sekunden zur Aushärtung des Bindemittels aufrecht erhalten.
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Nachteilig ist hierbei wiederum die Verwendung einer Formpresse sowie
eines teueren Hochfrequenzgenerators.
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Ferner ist ein Verfahren bekannt, durch das lamellierte Rohlinge für
Rundbogenfenster hergestellt werden. In einer Spezial-Rahmenpresse werden über auswechselbare
Schablonen beleimte, etwa 2,5 mm dicke Furnierstreifen zu Formteilen verpreßt. Nachteilig
ist bei diesem Verfahren, daß eine Spezial-Rahmenpresse erforderlich ist und daß
die Rohlinge 4 Wochen in Lehren eingespannt bleiben mllssen, damit sie sich nicht
verziehen.
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Weiterhin ist das Postforming-Verfahren - ein Verfahren zum Beschichten
gerundeter Plattenkanten mit ebenen Schichtpreßstoffplatten - bekannt. Auch fWr
dieses Verfahren sind neben der Pressenanlage aufwendige Spezialmaschinen, wie z.3.
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Doppelendprofiler, Kantenanleimanlage, Verformungsmaschine, erforderlich.
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Verfahren zur Herstellung von hinterschnittenen oder anders kompliziert
geformten Formteilen erfordern Preßwerkzeuge mit in verschiedenen Richtungen verschiebbaren
Druckelementen
versehenen Segmenten. Hierbei kommt es duroh die
Nahtstellen der Segmente leicht zu Absätzen und Unregelmäßigkeiten im Formteils
Außerdem fordern diese Preßwerkzeuge hohe Baukosten.
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Alle diese Verfahren haben den Nachteil, daß die Diekentoleranzen
der zu verpressenden Lagen nur gering sein dürfen, da sonst unzulässige geometrische
Abweichungen des Formteiles, insbesondere im Bereich von Krümmungen entstehen. Die
Gefahr von Fehlverklebungen kann nur durch übermäßig hohe Verdichtung der Lagen
kompensiert werden.
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Weiterhin ist es bei allen diesen Verfahren nachteilig, daß das Durchheizen
der beleimten Lagen zum Zwecke der Klebstoff verfestigung bzw. aushärtung in dem
Preßwerkzeug erfolgt.
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Dieses wird dadurch über einen von der Dicke des Formteils abhängigen
Zeitraum blockiert und ist damit wenig produktiv.
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Außerdem ist bei allen bisher beschriebenen Verfahren das Nachbearbeiten
der gepreßten Formteile auf Grund der mehr oder weniger komplizierten Form aufwendig
und schwer mechanisierbar.
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Das beschriebene "Postforming"-Verfahren hat dartiber hinaus den Nachteil,
daß der Biegeradius von der Dicke des Lagenwerkstoffes abhängt, so daß bei den ueblichen
Radien an Tischkanten und dergleichen nur dünne, nicht selbsttragende und mechanisch
nur begrenzt beanspruchbare Formteile bzw. Oberflächenmaterialien herstellbar sind.
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Zur Herstellung von Formteilen aus ebenen Lagenwerkstoffen wie Sperrholz,
jedoch auch aus anderen Werkstoffen, sind Verfahren bekannt, bei denen der Lagenwerkstoff
im Bereich der vorgesehenen Krümmungen mehrfach eingeschnitten wird, um ihn dadurch
elastisch biegefähig zu machen. Die so entstandene Krümmung muß durch Verklebung
der Einschnitte oder durch nachträgliches Aufkleben von weiteren Lagen fixiert werden.
Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen in der geringen Festigkeit solcher Formteile
im Krümmungsbereich auf Grund der weitgehenden Zerstörung der Werkstoffstruktur
durch die Einschnitte und in der geringet Froduktivität,
Ziel der
Erfindung Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das bei hoher Produktivität und
geringen Herstellungskosten die Herstellung von unterschiedlichen Formteilen aus
Lagenwerkstoffen gestattet.
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Darlegung des Wesens der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, ein
Verfahren zur Herstellung von Formteilen aus lagenwerkstoffen vorzuschlagen, das
beliebige Verformungswinkel, Hinterschneidungen, Überkreuzungen und Verdrillungen
bei einer hohen Festigkeit und einer beliebigen Dicke des Formteiles ermöglicht.
Weiterhin soll das Verfahren kurze Verweilzeiten der Formteile im Werkzeug, also
eine hohe Produktivität, geringe Energiekosten und große Dickentoleranzen der zu
verleimenden Lagen gestatten. Die mechanische Bearbeitung der Formteile soll rationell
erfolgen und automatisierungsfreundlioh sein. Für das Verfahren sollen auch bei
mehr großen Formteilen einfach und preisgtlnstig herstellbare gering verschleißende
Preßwerkzeuge einsetzbar sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem die Lagen eines Lagenwerkstoffes
oder mehrerer Lagenwerkstoffe mit Zwisohenlagen eines Klebstoffes oder mehrerer
Klebstoffe ganz oder teilweise geschichtet werden. Anschließend werden die Lagen
verpreßt. Dieses Verpressen kann auch mit einer Erwärmung gekoppelt seine Der so
erhaltene Schichtkörper wird danach durch Verschieben der Lagen gegeneinander ohne
Öffnen der Klebfugen durch Aufbringen von Biege- und/oder Torsionskräften zu einem
Formteil geformt. Dieses Formteil wird bis zum Aushärten oder Festwerden der Klebstoffzwischenlagen
im geformten Zustand fixierte Vorzugsweise erfolgt das Verpressen in ebenflächiger
Form. Als Klebstoff kunden reversibel festwerdende oder irreversibel aushärtende
Klebstoffe eingesetzt werden. Sehr gut haben sich Thermoplastfolien - vorzugsweise
Polyäthylenfolie von mindestens 0,1 mm Dicke - bewährt.
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Aber auch mit Thermoplastpulver und Thermoplastgranulat -speziell
mit Polyaorylat mit einer Korngröße von 1 mm - wurden gute Ergebnisse ersielt.
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Die in der Möbelindustrie bekannten Schmelzklebstoffe Können ebenfalls
zum Verkleben der Lagen des Lagenwerkstoffes angewandt werden, dabei ist es sekundär,
ob der Schmelzklebstoff in Granulat- oder Folienform oder im bereits aufgeschmolzenen
Zustand verwendet wird.
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Als irreversibel aushärtender Klebstoff wurde wahlweise Harnstoffharz
oder eine Klebstoffdispersion, vorzugsweise Polyvinylacetat, eingesetzt.
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Besonders zur Herstellung komplizierter Formteile ist die Ver-Wendung
reversibel festwerdender Klebstoffe gUnstig- Daduroh können einmalig oder mehrfach
wiederholte Plastifizierungen der Klebstoffzwischenlagen mit anschließender vollständiger
oder teilweiser Verformung und Verfestigung erfolgen.
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Nach dem Verfahren kann die Verformung des Schicht körpers örtlich
oder ganzflächig erfolgen.
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Zwischen der Herstellung des Schichtkörpers und seiner Verformung
kann bei ausgehärteten, teilweise ausgehärteten bzw.
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festgewordenen, teilweise festgewordenen oder noch plastischen Klebstoffzwischenlagen
eine mechanische Bearbeitung und/oder Oberflächenvergütung vorgenommen werden.
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Die Wärmezufuhr zu den Lagen des Lagenwerkstoffes erfolgt wahlweise
zu den Lagen, zu den vereinzelten Lagen, zu den locker geschichteten oder zu den
mit Klebstoff beschichteten fest aufeinander liegenden Lagen.
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Zur Herstellung von Formteilen, insbesondere von solchen, die ebenfläohige
und gekrümmte Bereiche aufweisen, ist es vorteilhaft den nachformbaren Lagenwerkstoff
nur in bestimmten Bereichen, wie z.B. den Bauteilkrümmungen, einzusetzen, während
in den übrigen Bereichen, vorzugsweise in den ebenflächigen Bereichen, vergleichsweise
billige, nicht nachformbare Werkstoffe, wie z.B. Paser- oder Spanplatten, zum einsatz
kommen.' Dureh partiell und/oder ganzflächig durchgängige Lagen wird der Zusammenhalt
des Formteiles gewährleistet.
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Ausführungsbeispiele Beispiel 1: 10 Lagen aus 1,2 mm dickem Furnier
werden mit als Klebstoff dienenden Polyäthylen-Folien von 0,2 mm Dicke geschichtet
und in einer Flachpresse bei einer Temperatur von 180 °C und einem Druck von 1,2
MPa heiß verpreßt.
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Nachdem alle Lagen durchwärmt und die Polyäthylen-Folien geschmolzen
sind, wird die so entstandene Schichtholzplatte aus der Presse entnommen. Der noch
zähflüssige Klebstoff verhindert das Öffnen der Klebfugen zwischen den Furnierlagen
und gestattet die Manipulation und den Zuschnitt bzw. das Fräsen der noch heißen
Schichtholzplatte zu streifenförmigen Teilen. Nach schnellem Weitertransport oder
Zwischenlagerung in warmeisolierenden oder beheizten mmern wird ein solcher Streifen
von Hand um eine der Form des gewünschten Formteiles entsprechende Lehre herumgebogen
bzw. herumgelegt, wobei zweckmäßigerweise jeweils am Beginn und am Ende einer IUmnrung,
bei Wechsel der Krümmungsrichtung oder am Beginn und am Ende einer Verdrehung ein
Halteklotz oder eine Haltegabel angeordnet ist. Zum beschleunigten Erstarren des
Klebstoffes kann die gesamte Vorrichtung, die aus Blech besteht, mit Luft angeblasen
werden.
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Auf diese Art und Weise werden gerundete Teile ftir Sesselgestelle
hergestellt.
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Beispiel 2: Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel werden 18 Lagen
des Furniers, mit einer Temperatur von 180 °C aus einem Furniertrockner kommend,
mit pulverförmigem Polyacrylat mit einer Korngröße von t mm bestreut, geschichtet
und ohne weitere Wärmezufuhr zwischen einem Walzenpaar kurzzeitig mit einem Druck
von 1,8 MPa zusammengedrückt, wodurch die Lagenwerkstoffbildung bereits abgeschlossen
ist. Die Lagenwerkstoffplatte wird in eine Biegevorrichtung eingelegt, die aus das
spätere Formteil beidseitig umschließenden Formstücken oder mehreren Segmenten besteht
und mit Hilfe von Schwerkraft geschlossen wird, Somit werden die zur Verformung
notwendigen
Biegekräfte sowie die bis zum Festwerden des Klebstoffes
erforderlichen Haltekräfte mechanisch aufgebracht. Die Vorrichtung besteht aus Holz.
Die Formatbearbeitung, wie Boschneiden der Ränder und Fräsen, erfolgt am gebogenen
Formteil.
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Dies. Formteile werden z.B. als Stuhlgestelle eingesetzt.
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Beispiel 3: Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird statt des
thermoplastischen Polyäthylens bzw. des Pelyacrylates der in der M6belindustrie
bekannte Schmelzklebstoff verwendet, der mittels beo kannter Walzenauftragsmaschinen
bei einer Temperatur von 180 e auf 4 Furnierlagen ausgewalzt wird. Während des Weitertransportes
der Furnierlagen wird die Wärmeabgabe des Schmelzklebstoffes durch die Einwirkung
von Wärmestrahlern unterbunden.
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Die Furnierlagen werden bei nooh flilssigem Sehmolzklebstoff geschichtet
und in einer kalten Flachpresse kurzzeitig zusammengedrückt. Durch Wärmeausgleich
zwischen den Furnierlagen und dem Klebstoff sowie durch Wärmeabgabe der gepreßten
Sohiohtholzplatte erstarrt der Schmelzklebstoff, wodureh die so gebildete Platte
beliebig lagerfähig ist und nach Ueblichen Verfahren gesägt, gefräst bzw. gebohrt
werden kann. Zur Verformung wird die bearbeitete Platte insgesamt auf eine Temperatur
von 130 °d erwar'mt, wozu eine Wärmeplatte, ein Strahlerfeld, ein mit Heißluft betriebener
Wärmekanal oder auch eine beheizte Flachpresse benutzt werden. Nach der Erwärmung
erfolgt das Biegen der Schichtholzplatte in der beschriebenen Art und Weise.
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Diese Formteile werden als Griffelemente an Möbeln verwendet.
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Beispiel 4: Als weitere Klebstoffvariante wird heißhärtendes Harnstoffharz
verwendet, das durch entsprechende Härterzugabe bei einer Temperatur von 100 * in
einigen Minuten kondensiert. 6 Holzfaserplatten einer Dicke von je 1,6 mm werden
aug eine Temperatur von 120 °C gebracht, in einer Walzenauftragsmaschine mit Harnsteffharz
versehen und sofort zu einem Lagenwerkstoff geschichtet,
wobei
als Außenschichten Papierlaminate aufgelegt werden. Unmittelbar nach dem Schichten
erfolgt das Pressen in einem Walzenpaar und danach das Biegen der Lagenwerkstoffplatte
in der beschriebenen Art und Weise. Das Biegen muß abgeschlossen sein, bevor das
Harnstoffharz den endgültigen festen Zustand erreicht hato Die Biegevorrichtung
muß die Wärmeabgabe des rnteiles unterbinden, um die vollständige und schnelle Aushärtung
des Harzes zu ermöglichen, z.B. durch Auskleidung der Kontaktflächen mit wärmedämmendem
Material, wie Filze Die Formteile finden als geschweifte Sitz- und Lehnenflächen
Verwendung.
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Beispiel 5t Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Klebstoff
dispersion - Polyvinylacetat - verwendet. Dieser Klebstoff wird auf 3 mm dicke Spanplatten
im kalten Zustand mittels Gießmaschinen aufgegossen. Anschließend erfolgt das Schichten
der 4 Spanplatten und das Zusammendrüchen zwischen einem Walzenpaar mit einem geringen
Druck, wodurch lediglich ein vollständiger Kontakt der flüssigen Klebstoffoberfläche
mit der angrenzenden Spanplatte erreicht werden muß. Nun wird der so gebildete Lagenwerkstoff
mit einem Radius von 300 mm gebogen und in dieser Lage auf die angegebene Art und
Weise fixiert, bis der Klebstoff durch Abgabe seiner Feuchtigkeit an die Spanplatte
und an die Umgebung fest ist.
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Die Formteile werden für runde Tischzargen angewandt.
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Beispiel 6: Es ist nach einem weiteren Beispiel möglich, preisgünstige,
irreversibel aushärtende Klebstoffe mit reversiblen Klebstoffen, wie o.g. Schmelzklebstoff
zu kombinieren. Besteht ein Formteil aus einer grbßeren ebenen Fläche und einem
gebogenen Rand, so können die Furnierlagen im Bereich der späteren ebenen Fläche
des Formteiles mit Harnstoffharz und die übrigen Bereiche mit Schmelzklebstoff versehen
werden. Beim Heißpressen der Lagen in Flachpressen werden die mit Harnstoffharz
beschichteten
Bereiche fest und irreversibel verklebt, während
die Randbereiche entweder unmittelbar nach Entnahme aus der Presse oder nach einer
späteren Wiedererwärmung in der beschriebenen Art gebogen und fixiert werden kennen.
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Dieses Verfahren eignet sich tRr Möbelböden mit geformten Rundungen.
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Vorteilhaft ist bei dem im Beispiel 1 dargestellten Verfahren die
rationelle Lagenwerkstoffherstellung in produktiven Flachpressen, die leioht zu
automatisierende mechanische Bearbeitung der Streifen in ebener Form, der einfache
Aufbau der Biegevorrichtung, die kurze Verweilzeit des Formteiles in der Biegevorrichtung
und insbesondere die Möglichkeit, kempliziert geformte, hinterschnittene, sich überkreuzende,
bei Verdrillung in allen drei Rsumrichtungen verlaufende Formteile ohne besonderen
Methaufwand zu fertigen. So ist es beispielsweise möglich, ein Stuhl- oder Sesselgestell
aus wenigen, im Extremfall aus einem einzigen Bauteil herzustellen.
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Gegenüber dem ersten Anwendungsbeispiel ergibt sich im Beispiel 2
ein geringer Energieverbrauch durch Nutzung der Trocknungsenergie und die Möglichkeit
der Mechanisierung des Veriormungsvorganges.
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Vorteilhaft gegenüber den Beispielen 1 und 2 ist im Beispiel 3 die
höhere Klebfestigkeit, die durch den allerdings teuereren Schmelzklebstoff erreicht
wird. Die beliebige zeitliche Trennung der Herstellung der Schichtholzplatte von
ihrer Verformung zum Formteil macht eine zentrale Schichtholzherstellung, den Versand
der Halbzeuge und die Verarbeitung in Anwenderbetrieben möglich.
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Der Vorteil der Verwendung eines irreversibel aushärtenden Klebstoffes
in Beispiel 4 ist der sehr günstige Preis bei guter Klebfestigkeit.
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Vorteilhaft ist im Beispiel 5, daß eine Beheizung des Klebstoffes
bzw. der zu verklebenden Lagen entfällt und somit Energie eingespart wird.
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Der Vorteil der im Beispiel 6 dargestellten Lösung ist die Möglichkeit,
Formteile etappenweise zu bearbeiten. Dabei können im Extremfall zwischen den einzelnen
Bearbeitungsstufen große zeitliche Unterschiede bestehen und die Produktionsstätten
konnten für die einzelnen Bearbeitungsstufen territorial getrennt sein.
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Beispiel 7: Drei Lagen eines bekannten nachformbaren, thermoplastisch
gebundenen Holzfaserwerkstoffes einer Dicke von jeweils 4 mm werden zusammen mit
0,2 mm dicken Polyäthylenfolien geschichtet.
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Die Außenschichten werden unter Zwischenlegen der gleichen Polyäthylenfolie
mit jeweils einer 0,8 mm dicken Buchenfurnierlage oder auch einer Papierlaminat-Lage
belagt. Dieses Lagenpaket wird bei einer Temperatur von 180 °C in einer Flachpresse
verpreßt und anschließend in einer Biegeverrichtung entsprechend Ausführungsbeispiel
2 zu einem viertelkreisförmigen Formteil mit einem Innenradius von 30 mm gebogen.
Dieses Formteil wird als Bauteilübergang an einem Behältnismöbel verwendet.
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Im Gegensatz zu einer nachformbaren, thermoplastisch gebundenen Faserplatte,
deren Dicke gleich der Dicke des beschriebenen fünflagigen Formteiles ist, wird
hier ein sehr viel kleinerer Krümmungsradius ohne Rißbildung im Material erreicht.
Die Gefahr der Rißbildung wird zusätzlich durch das außenliegende, biegesteifere
und biegefestere Furnier bzw. Papierlaminat eingedämmt.
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Beispiel 8: Nach einem weiteren Beispiel werden jeweils zwei sich
kreuzende Furnierlagen von 0s8 mm Dicke als Deckschichten eines Lagen werkstoffes
benutzt, als Mittellage werden nicht formbare, herkömmliche Holzspanplatten von
14 mm Dicke für die später ebenen Bereiche und 8 Lagen aus 1,8 mm dicken Furnieren
für die später gebogenen Bereiche verwendet. Alle Lagen sind mittels 0,2 mm dicker
Polyäthylenfolie geschichtet. Das Pressen und Biegen erfolgt analog AustUbrungsbeispiel
2, wobei das Formteil kastenförmig bzw. rahmenförmig ausgebildet ist. Die 4 Biegekanten,
in
deren Bereich die Furnierlagen als Mittellage angeordnet sind,
weisen einen Innenradius von 10 mm auf. Das Formteil wird als Möbelkorpus verwendet.
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Als Variante können anstatt der Holzspanplatte eine Holzfaserplatte
mittlerer Dichte und anstatt der 8 Furnierlagen im Krümmungsbereich eine oder mehrere
Lagen nachformbare, thermoplastisch gebundene Faserplatten verwendet werden. Dadurch
wird an der später bearbeiteten Schnittfläche des Formteiles ein über den Umfang
einheitliches Aussehen erreicht, so daß eine nachträgliche Beschichtung der Schnittfläche
mit festen Beschichtungsmaterialien ggf. entfallen kann.
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Vorteilhaft ist bei der Verwendung von nicht formbaren, ebenen Mittellagen,
wie Span- oder Faserplatten iQr die später ebenen Bereiche des Formteiles der im
Vergleich zu den formbaren Materialien geringe Materialkostenaufwand.
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Beispiel 9: Eine lage bekannten nachformbaren, thermoplastisch gebundenen
Holzwerkstoffes einer Dicke von 3 mm wird beidseitig mit 0,7 mm dickem Buchenfurnier
belegt und bei einer Temperatur von 160 °C in einer Flachpresse verpreßt. Das thermoplastische
Bindemittel des Holzwerkstoffes ist so bemessen, daß sich das Zwischenlegen beispielsweise
einer als Klebstoff wirkenden Polyäthylenfolie erübrigt. Nach dem Heißpressen wird
die ebene Platte in einer Preßvorrichtung mit ebenen Preßplatten so weit abgekühlte
daß eine plastische Verformung nicht mehr möglich ist. Danach ggf.
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in einer anderen Produktionsstätte und nach längerer Zuischenlagerung,
erfolgt das Bearbeiten der Platte durch Sägen, Fräsen, Bohren und Schleifen. Dann
wird die bearbeitete Platte auf eine Temperatur von 160 °C gebracht und in der bereits
beschriebenen Art gebogen. Das Bindemittel des thermoplastisch gebundenen Holzwerkstoffes
an der Fügestelle zwischen Furnier und Holswerkstoff ermöglicht die erfindungsgemäße
Verschiebung der Lagen. Das entstandene Formteil wird als eil einer BehEltnismöbel-Tür,
ggf. in Kombination mit einer Stützkonstruktion verwendet .