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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines
Befestigungspunktes in plattenförmigen
Materialien nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Die vorliegende
Erfindung betrifft weiterhin ein Werkzeug zur Erzeugung eines Hohlraumes
nach den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Plattenförmige Materialien
bestehen im Allgemeinen aus einer leichten Kernlage und aus zwei festeren
Deckschichten, die beidseitig auf die Kernlage aufgebracht die Festigkeit
im Verbund erzeugen. Im Verhältnis
zu den Decklagen weist der Kern eine deutlich geringere Dichte auf.
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Plattenförmige Materialien
der hier zur Diskussion stehenden Art werden im Flugzeugbau, Automobilbau,
Caravanbau, Schiffs-Innenausbau, im Möbel- und Messebau sowie im
immobilen Innenausbau eingesetzt. Die dünnwandigen Deckschichten bestehen
dabei meist aus einer Kunststoff-, Metall-, Holzwerkstoff- oder
Furnierdecklage geringer Wandstärke,
die auf die Außenseite
einer Kernlage aus leichtem Füllmaterial
aufgebracht ist.
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Unter
einer derartigen Kernlage wird eine Sandwich-Mittellage verstanden,
die weitgehend aus Stegen besteht, die untereinander verbunden sind und
Hohlräume
verschiedenster Form einschließen. Bevorzugt
sind dabei waben- und rohrartige Strukturen, welche die Festigkeit
des Sandwichverbundes erhöhen
und – bezogen
auf das Volumen – eine
wesentlich niedrigere Dichte als die Deckschichten aufweisen. Des
weiteren kann das Füllmaterial
auch in Form von Schäumen
ausgeführt
sein.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Befestigungspunkten ist das
punktuelle Einbringen von Füllmasse
in die Kernlage vor dem Aufbringen der zweiten Deckschicht. Die
Positionierung des Befestigungspunktes muss bereits zum Zeitpunkt
der Herstellung des plattenförmigen
Materials festgelegt werden und kann nicht nachträglich erfolgen.
Das Verfahren wird vorrangig im Automobil-, Boots- und Flugzeugbau
angewendet. Die Nutzung des Verfahrens bedingt manuelle bzw. halbautomatisierte
Arbeit, weshalb es nur für
Einzelteilfertigung geeignet ist.
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Im
Bereich des Caravan- Möbel-
und Innenausbaus sowie bei der Innentürenfertigung wird das Kernmaterial
vor dem Aufbringen der Deckschicht ausgespart und ein Riegel aus
Holz oder Holzwerkstoff eingelegt. Die Nachteile liegen in der aufwendigen
Herstellung der Bauteile. Es müssen
für jede
Abmessung der Rahmen, die Mittellage und die Deckschichten einzeln
angefertigt werden.
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Um
bezüglich
der Erzeugung des Befestigungspunktes flexibel zu sein, ist es wünschenswert, dass
sich der Befestigungspunkt nach der Fertigstellung des eingangs
genannten plattenförmigen
Materials einbringen lässt.
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Zur
Herstellung eines Hohlraumes ist aus der
US 5797709 A ein Werkzeug
bekannt, bei dem eine Schneide in einer Hülse (drill body) angelenkt
ist. Eine in der Hülse
axial geführte
Vorschubwelle stellt die Schneide durch eine Zuführbewegung aus. Die Konstruktion
des Werkzeuges ermöglicht
Ausstellwinkel der Schneide von deutlich weniger als 90°. Damit lässt sich
kein Hohlraum zur Erzeugung eines Befestigungspunktes in das genannte
plattenförmige Material
einbringen.
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In
DE 3032405 A1 wird
ein Werkzeug beschrieben, bei dem zwei an Armen befestigte Schneiden
in einem zylindrischen Tragkörper
angelenkt sind. Eine in dem zylindrischen Tragkörper linear geführte Welle
mit Gabel stellt die Schneide durch eine Zuführbewegung bis zu einem Winkel
von 90° aus (Rotationsbewegung).
Der Nachteil der bekannten Anordnungen ist die geringe Aufweitung
gegenüber der
Zugangsbohrung. Der erzeugte Hohlraum in Plattenebene ist zu klein
für die
Einleitung größerer Kräfte.
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Die
Geometrie eines nach
DE
2236111 A erzeugten Hohlraums bietet nicht die Möglichkeit,
dass eine Bindung zwischen Deckschicht und einem Füllmaterial
erzeugt werden kann. Für
den Einsatz des Werkzeugs aus
DE 2236111 A ist es nötig, eine weiterführende Bohrung
zum Ausklappen der Mechanik zu erzeugen. Der erzeugte Hohlraum ist
deshalb in seinen Abmessungen auch immer in Zustellrichtung größer als
in Plattenebene.
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Die
Werkzeuge nach
US 5797709
A und
DE 3032405
A1 führen
nur eine reine Rotationsbewegung der Schneide aus. Bei dem Werkzeug
nach
US 5797709 A ist
die Möglichkeit
der Gestaltung des für eine
Schwenkbewegung wirksamen Bereichs der Vorschubwelle nur für Winkel << 90° für das dargestellte
Werkzeug technisch realisierbar. Bei dem Werkzeug nach
DE 3032405 A1 ist die Ausstelllänge der
Schneide maximal auf die Dicke der Kernschicht begrenzt.
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In
der
DE 10 2004
013 147 A1 ist die Dimensionierung des Hohlraumes um etwa
den 1,0 bis 20,0-fachen Betrag des Durchmessers der Zugangsbohrung
beschrieben. Es werden in der Druckschrift keine Werkzeuge offenbart,
mit denen diese Abmessungen zu erreichen sind.
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Aus
der
DE 10 2004
058 812 A1 sind Werkzeuge zur Herstellung eines Hohlraumes
bekannt, bei denen die Führung
der Schneide im Wesentlichen von den Materialeigenschaften der Kernlage beeinflusst
wird. Dies wirkt sich nachteilig auf die erreichbare Hohlraumgeometrie
und damit auf die Festigkeit des Befestigungspunktes aus.
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In
der
EP 0 273 515 B1 wird
die Aufweitung des Hohlraumes der Kernlage einer Sandwichplatte ausgehend
vom Bohrungsdurchmesser beschrieben. Die Aufweitung der Kernlage
wird mittels rotierender Reibahle erzeugt. Diese besteht aus einem
Teil und kann keine Ausklappbewegung ausführen.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Herstellung eines Befestigungspunktes und ein Werkzeug zur Erzeugung
eines notwendigen Hohlraumes anzugeben, welche erstmals ein nachträgliches
Erzeugen eines Befestigungspunktes in den eingangs genannten plattenförmigen Materialien
nach deren erfolgter Fertigung ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen. Die
Erfindung wird weiterhin durch ein Werkzeug zur Erzeugung des erforderlichen
Hohlraumes mit den im Anspruch 12 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Werkzeuges sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Herstellung des plattenförmigen Materials
aus Deckschichten und Kernlage zeitlich und ablauftechnisch vom
Einbringen des Befestigungspunktes zu entkoppeln. Bei Anwendung
von erfindungsgemäßem Verfahren
und Werkzeug kann auf das umständliche
Einbringen der Befestigungspunkte während der Herstellung der plattenförmigen Materialien verzichtet
werden, sondern erfolgt danach. Hierdurch wird zunächst der
Herstellungsprozess der plattenförmigen
Materialien vereinfacht. So ist es beispielsweise problemlos möglich, bestimmte
plattenförmige Werkstücke großformatig
vorzuproduzieren, diese anschließend in eine individuelle und
beliebige Form zuzuschneiden und den Befestigungspunkt anschließend mit
erfindungsgemäßem Verfahren
und Werkzeug zu erzeugen. Der sogenannte Variantenbestimmungszeitpunkt
wird auf diese Weise weiter an das Ende der Wertschöpfungskette
gelegt, was eine auftragsneutrale Fertigung der plattenförmigen Materialien
ermöglicht.
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Gleichzeitig
eignet sich das Verfahren zur Erzeugung von Befestigungspunkten
in Materialien in Plattenform oder mit geringen Krümmungsradien.
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Im
Hinblick auf eine hohe Festigkeit, Dauerhaftigkeit und eine gute
Abdichtung der plattenförmigen
Materialien ist gemäß der Weiterbildung
der vorliegenden Erfindung vorgesehen, den Hohlraum mit einer fließfähigen aushärtbaren
Füllmasse
komplett bis zur Oberkante der Zugangsbohrung zu verfüllen.
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Die
Füllmasse
kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung derart vorgesehen sein,
dass sie im Wesentlichen bündig
mit den benachbarten Innenseiten der Decklagen der Leichtbauplatte
eingebracht wird und somit einen Teil der Inneren Struktur des plattenförmigen Materials
bildet. Dabei kann der Hohlraum kreisrund komplett bis zur Innenseite
der der Zugangsbohrung gegenüberliegenden
Decklage geräumt
sein. Ist der Hohlraum nur teilweise, d. h. nicht bis zur Innenseite
der gegenüberliegenden Decklage
geräumt,
kann die Füllmasse
entweder nur einen Teil des Plattenquerschnittes ausfüllen oder der
komplette Plattenquerschnitt verfüllt werden. Dazu muss die Kernstruktur
das vollständige
Eindringen der Füllmasse
in den Kern erlauben. Das Kernmaterial wird in diesem Fall im Bereich
des Befestigungspunktes komplett von Füllmasse umschlossen und somit
Bestandteil des Befestigungspunktes.
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Obgleich
die fließfähige aushärtbare Füllmasse
im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch selbsttätig aushärten kann,
ist gemäß einer
Weiterbildung der vorliegenden Erfindung und im Sinne einer wirtschaftlichen,
schnellen und einfachen Herstellung eines Befestigungspunktes in
plattenförmigen
Sandwichmaterialien vorgesehen, dass die Füllmasse nach deren Vorsehen
einer Aushärtungsbehandlung unterworfen
wird. Dadurch ist eine schnellere Bearbeitbarkeit direkt im Anschluss
möglich.
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Die
leichtgewichtige Kernlage des plattenförmigen Werkstücks kann
im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Form besitzen,
solange sie zumindest abschnittsweise Hohlräume besitzt, die im Bereich
der Befestigungspunkte des Werkstücks vorgesehen sind. Für plattenförmige Materialien
haben sich jedoch leichtgewichtige Kernlagen als besonders vorteilhaft
erwiesen, die wabenartig und/oder wellstegartig ausgebildet sind.
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass sich die Hohlräume der Kernlage
zwischen den benachbarten Decklagen erstrecken. Auf diese Weise
lässt sich
durch Einbringen der fließfähigen und
aushärtbaren
Füllmasse eine
Verbindung zwischen den benachbarten Deckschichten erzielen. Ferner
ist zu beachten, dass die Kernlage aus einem beliebigen, leichtgewichtigen Material
bestehen kann, wie beispielsweise Papier, Kunststoff, Leichtmetall
oder dergleichen. Ebenso ist das für die Deckschichten des plattenförmigen Werkstücks verwendete
Material nicht besonders beschränkt
und kann beispielsweise Holzwerkstoffe, Kunststoffwerkstoffe, (Leicht)Metallwerkstoffe
oder verschiedene Verbundwerkstoffe umfassen. Dabei ist es ebenso
möglich,
dass die Deckschichten und die Kernlage aus demselben Material bestehen
und auch integral ausgebildet sein können.
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Die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann sowohl stationär
als auch im Durchlauf erfolgen.
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Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung ein Werkzeug zur Erzeugung des
erforderlichen Hohlraumes bereit.
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Das
Werkzeug weist in einer bevorzugten Ausführung eine Welle auf, die von
einer Hülse
mit Mitteln zur Lochbildung am unteren Ende und einer in der Hülse axial
verschiebbar gelagerten Vorschubwelle gebildet wird. Am unteren
Ende der Vorschubwelle ist wenigstens eine Schneide angelenkt. Die Schneide
ist bei einer axialen Verschiebung der Vorschubwelle in der Hülse radial
bis zu einem Winkel von 90° ausschwenkbar,
wobei das Ausschwenken nach dem Eindringen der Hülse in die Oberseite der oberen
Decklage beginnt. Eine Begrenzung des Schwenkwinkels erfolgt durch
die Unterseite der oberen Decklage oder weitere vorgesehene Mittel.
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Mit
dem Werkzeug wird in der Kernlage plattenförmiger Materialien mittels
Rotation der ausschwenkbaren Schneide und Begrenzung durch die Unterseite
der oberen Decklage oder andere geeignete Mittel ein Hohlraum in
der Kernlage erzeugt.
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Durch
die Anlenkung der Schneide an der Vorschubwelle und die Führung der
Schneide lässt sich
ein Hohlraum erzeugen, dessen Durchmesser der erzeugten Hinterschneidung
um ein vielfaches größer ist
als der Durchmesser der Zugangsbohrung oder/und um ein vielfaches
größer ist
als die Höhe der
Kernschicht des Materials.
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Der
Hohlraum wird durch die untere und obere Deckschicht abgeschlossen,
an die sich die Schneide heranarbeitet. Die erforderliche Zugangsbohrung
in die obere Deckschicht wird vorteilhaft mit dem Werkzeug selbst
durch Mittel am unteren Ende der Hülse erzeugt.
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Vorteilhaft
lässt sich
ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
die Füllmasse
in den Hohlraum einbringen. Hierzu ist vorzugsweise an der Hülse ein
Anschluss zur Beaufschlagung mit einer Füllmasse vorgesehen. Über wenigstens
eine Austrittsöffnung
am unteren Ende der Hülse
kann die Füllmasse
in den Hohlraum gelangen.
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Der
mit der Erfindung hauptsächlich
erzielbare Vorteil besteht darin, dass durch Verfahren und Werkzeug
an bereits gefertigte und zugeschnittene plattenförmige Materialien
auf einfache und kostengünstige
Weise nachträglich örtlich Befestigungspunkte
erstellt werden können.
Der mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug
erzeugte, großvolumige Hohlraum
in der Kernlage lässt
sich mit geeigneten Mitteln zur Einleitung von Kräften füllen.
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Die
fließfähige und
aushärtbare
Füllmasse kann
durch eine Vielzahl verschiedenartiger Stoffe gebildet sein, wobei
spritzbare Stoffe bevorzugt sind. Hierfür kommen in erster Linie Kunststoffe,
aber auch verschiedene Mischwerkstoffe, Holzextrusionswerkstoffe
und auch Metalle infrage. Dabei können eingesetzte Kunststoffe
beispielsweise auch Holzwerkstoffe, Kunststoffreste oder dergleichen
umfassen, wobei die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt ist.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung für
Verfahren und Werkzeug schematisch dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht zur Herstellung einer Zugangsbohrung
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2 eine
schematische Ansicht zur Herstellung eines Hohlraumes durch Räumen der
Kernlage
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3 eine
schematische Ansicht zum Verfüllen
des Hohlraumes mit einer fließfähigen und
aushärtbaren
Füllmasse
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4 eine
schematische Ansicht zum Einbringen eines Funktionselementes (Variante1)
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5 eine
schematische Ansicht zum Einbringen eines Funktionselementes (Variante2)
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6 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges im Zustand vor
dem Ausschwenken der Schneide
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7 eine
schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges im Zustand mit
voll ausgeschwenkter Schneide
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8 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeuges im Zustand während des
Ausschwenkens
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In
der 1 ist eine schematische Ansicht des ersten Schrittes
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Das plattenförmige
Material 1, bestehend aus einer Kernlage und einer oberen
und unteren Deckschicht, wird mit einer Zugangsbohrung 2 versehen.
Zur Einbringung der Zugangsbohrung 2 wird ein Bohrwerkzeug 6 verwendet.
Die Zugangsbohrung 2 endet vor dem Erreichen der unteren Deckschicht.
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2 zeigt
das plattenförmige
Material 1 mit einem in die Zugangsbohrung 2 eingesetztem
Räumwerkzeug 7.
Das Räumwerkzeug
rotiert um seine Achse und schafft mittels einer angelenkten Schneide
in der Kernlage einen halbkugelförmigen
Hohlraum. Der Hohlraum grenzt direkt an der oberen Deckschicht an
und steht über
die angeschnittenen Stege der Kernlage mit der unteren Deckschicht
in Verbindung.
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Entsprechend
der 3 wird in die Zugangsbohrung 2 zur Kernlage
des plattenförmigen
Materials 1 ein Füllwerkzeug 8 eingesetzt
und der Hohlraum mit einer Füllmasse 4 aufgefüllt.
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4 zeigt
eine erste Variante zur Einbringung eines Funktionselementes 5 in
die bereits ausgehärtete
Füllmasse 4.
Hierzu wird als Funktionselement 5 eine Schraube 5' verwendet.
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5 zeigt
eine weitere Variante zur Einbringung eines Funktionselementes 5 in
die Füllmasse 4. Hierzu
wird als Funktionselement 5 ein Insert 5'' in die noch fließfähige Füllmasse 4 eingesetzt.
Nach dem Aushärten
der Füllmasse 4 ist
das Insert 5'' fest verankert.
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Bei
beiden Darstellungen nach 4 und 5 ist
die Füllmasse 4 mit
der Innenseite der oberen Deckschicht verbunden. Ebenso ist die
Füllmasse 4 stoffschlüssig mit
der Innenseite der unteren Deckschicht verbunden. Dies ist bei dem
hier dargestellten halbkugelförmigen
Hohlraum über
die Zwischenräume
längs der
Stege gewährleistet.
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In
der 6 ist ein Werkzeug zur Erzeugung eines Hohlraumes
in einem plattenförmigen
Material dargestellt. Das Werkzeug weist in seinem Inneren eine
Vorschubwelle 9 auf. Das obere Ende der Vorschubwelle 9 dient
zur Aufnahme in einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise in einem Bearbeitungszentrum.
Am unteren Ende ist die Schneide 17 auf einer Achse 12 an
der Vorschubwelle 9 befestigt. Die Schneide 15 steht
unter der Kraftwirkung einer Torsionsfeder 13. Die Vorschubwelle 9 ist
in einer Hülse 11 so
gelagert, das eine definierte Verschiebung axial zur Werkzeugachse
möglich
ist.
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Weiterhin
werden die Torsionskräfte
der Vorschubwelle 9 über
eine entsprechende Bauteilausführung
an die Hülse 11 weitergegeben.
Die Hülse 11 ist
im Bereich der Schneide 15 so ausgeführt, dass bei einer Vorschubbewegung
der Vorschubwelle 9 die Schneide 15 an einem Einschnitt
in der Hülse 11 geführt durch
die Kraft der Torsionsfeder 13 austreten kann.
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Die
achsparallele Vorschubbewegung der Vorschubwelle 9 wird
nicht auf die Hülse 11 übertragen.
Vielmehr liegt die Hülse 11 mit
einem Anschlag 14 auf der Außenseite der oberen Deckschicht
an. Im Anschlag 14 ist ein Kugellager integriert. Das Kugellager
bewirkt, dass die Torsionskräfte
aufgenommen werden, aber nicht an das plattenförmige Material weitergegeben
werden und dass durch den Gegendruck des Materials die Hülse 11 während des
Bearbeitungsvorgangs nicht die Position verändert. Die Druckfeder 10 bewirkt,
dass nach Erstellen des Hohlraumes zuerst die Schneide 15 gegen
den Druck der Torsionsfeder 13 in die Hülse 11 zurückgezogen
wird (Grundstellung, siehe 6), bevor
das Werkzeug aus dem plattenförmigen
Material gehoben werden kann.
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Ein
Bearbeitungsvorgang lässt
sich folgendermaßen
beschreiben: In eine Sandwichplatte wird eine Zugangsbohrung 2 mittels
Lochbohrer am unteren Ende der Hülse 11 eingebracht.
Das Werkzeug wird soweit in das Bohrloch vorgeschoben, bis der Anschlag 14 am
Werkstoff anliegt. Als nächstes
wird die Vorschubwelle 9 in eine Drehbewegung versetzt. Durch
den weiteren Vorschub, dabei bewegt sich nur noch die Vorschubwelle 9,
wird die Schneide 15 durch die Torsionsfeder 13 gezwungen,
an der Hülse 11 geführt, an
deren unterem Ende auszutreten. Bei einem vollständigen Ausschwenken der Schneide 15,
wird ein Hohlraum wie in 7 dargestellt, ausgeräumt. Beim
Entfernen des Werkzeugs sorgt die Druckfeder 10 über den
Anschlag zwischen der Hülse 11 und
der Schneide 15 dafür,
dass die Schneide 15 zuerst einklappt, und so die Deckschicht
nicht durch eine ausgeklappte Schneide 15 zerstört wird.
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Die 8 zeigt
dasselbe Werkzeug, wie es in der 6 beschrieben
ist, mit dem Unterschied, dass das Ausschwenken der Schneide nicht
durch eine Torsionsfeder 13, sondern durch eine formschlüssige Führung der
Schneide 15 mittels Führungsstift 16 und
Langloch 17 erzeugt wird. Der Führungsstift 16 ist
an Hülse 11 befestigt.
Das Langloch 17 ist in die Schneide 15 eingebracht.
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Das
in 8 dargestellte Werkzeug weist zusätzlich einen
Anschluss 18 an der Hülse 11 auf. Über den
Anschluss 18 fließt
die Füllmasse 4 in
hier nicht dargestellte Kanäle,
die längs
durch die Hülse 11 verlaufen.
Diese Kanäle
enden um unteren Ende der Hülse 11,
so dass die Füllmasse
dort austreten und in den Hohlraum 3 gelangen kann.
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- 1
- plattenförmiges Material
- 2
- Zugangsbohrung
- 3
- Hohlraum
- 4
- Füllmasse
- 5
- Funktionselement
- 5'
- Schraube
- 5''
- Insert
- 6
- Bohrwerkzeug
- 7
- Räumwerkzeug
- 8
- Füllwerkzeug
- 9
- Vorschubwelle
- 10
- Druckfeder
- 11
- Hülse
- 12
- Achse
- 13
- Torsionsfeder
- 14
- Anschlag
- 15
- Schneide
- 16
- Führungsstift
- 17
- Langloch
- 18
- Anschluss