Способ изготовления сотового заполнителя и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления сотовых заполнителей, которые являются сердечником в трехслойных панелях и оболочках, применяемых в различных отраслях промышленности. В частности, изобретение позволяет изготавливать панели для изделий мебельной, строительной, авиационной, судостроительной, ракетно-космической, радиотехнический и других отраслей промышленности. Цель изобретения - возможность изготовления сотовых заполнителей методом склеивания из любых материалов с произвольным чередованием ячеек различной формы и размером по площади сотового бруса, получение сотового заполнителя с максимальными механическими характеристиками сдвига и изгиба, а также получение сотового бруса заданных размеров с окантовками по торцам. Способ предусматривает размещение лент материала в пазах рабочих органов устройства с последующим соединением лент по плоскостям их соприкосновения или через промежуточные ленты материала. 2 с.и 4 з.п. ф - лы, 13 ил.

Изобретение относится к способам изготовления сотовых заполнителей для трехслойных панелей и оболочек, применяемых в разнообразных отраслях промышленности (мебельной, строительной, судостроительной, авиационной, ракетно-космической и других), в частности, к способам изготовления сотового заполнителя с различными ячейками. К аналогичным областям техники относится и устройство, которое обеспечивает выполнение заявляемого способа изготовления сотового заполнителя.

Сотовый заполнитель является одной из основных деталей трехслойных панелей и оболочек при изготовлении легких и прочных элементов конструкций таких, как строительные панели, лыжи, доски виндсерфинга, корпуса яхт и палубные надстройки судов, элементы мебельных панелей и тому подобное. Он выступает в качестве сердечника, к которому присоединяются обшивки и элементы окантовки готовых панелей или оболочек (1).

Уровень техники. Известен способ изготовления сотового заполнителя (2), выбранный в качестве аналога. По этому способу ленту металлической фольги гофрируют, пропуская между двумя шестеренками. При этом гофры образуют половину контура шестигранной ячейки. После этого по шаблону в гофрированной ленте пробивают сборочные отверстия. На плоские склеиваемые поверхности гофров наносят клей, подсушивают его до "отлипа" и собирают гофрированные ленты в блок по сборочным отверстиям, насаживая на специальные штыри. Набрав блок необходимого размера, его поджимают с помощью болтов и помещают в воздушную нагревательную печь для склеивания. Готовый сотовый блок разрезают на брусья необходимой высоты для их последующего соединения в панели необходимого размера.

Недостатки известного способа состоят в следующем.

а) Не обеспечивается получение сотового бруса с произвольным чередованием в нем ячеек любой конфигурации, так как шестерни могут гофрировать материал только с одной заданной геометрией гофра.

б) Не обеспечивается получение сотового бруса с заданным размером и окантовками по торцам из тех же лент материала.

в) Не обеспечивается изготовление сотового заполнителя из бумаги и тканей, так как при поджатии болтами он сминается.

г) Не обеспечивается изготовление сотового заполнителя с макси мальными механическими характеристиками сдвига и изгиба, так как для этого требуется другая конфигурация ячеек и иной способ их соединения друг с другом.

Известен способ изготовления сотового заполнителя с шестигранной ячейкой (2), выбранный в качестве прототипа. Он предназначен для изготовления сотовых заполнителей преимущественно из стеклоткани марки ЭЗ-100 толщиной 0,08-0,1 мм. Размеры заготовки ткани увязывают с габаритами рабочих органов установки для склеивания сотовых блоков. В частности, для действующих в промышленности установок применяются заготовки размером по основе 200 мм и по утку - 400 мм. Изготовление сотового заполнителя производится следующим образом: на первую гребенку со стержнями, выполненными в форме полушестигранников, укладывают стеклоткань; зубчатым валиком, нагретым до температуры 80^оС, вручную прикатывают стеклоткань к стержням гребенки; на склеиваемые поверхности профилированной стеклоткани штемпельной подушкой наносится слой клея; поверх первой гребенки устанавливают вторую, у которой стержни смещены относительно стержней первой гребенки на полшага ячеек, и на нее укладывают стеклоткань; зубчатым валиком, нагретым до температуры 80^оС, прикатывают стеклоткань к стержням второй гребенки; плитой с профилированной рабочей поверхностью подпрессовывают вторую заготовку стеклоткани до контакта с первой; температура нагрева плиты и время выдержки, в течение которого заготовки предварительно склеиваются (прихватываются), определяется выбранной маркой клея; плиту откидывают, первую гребенку выдвигают из ячеек, а вторую опускают до уровня первой; на склеивание поверхности второй заготовки стеклоткани, уже прихваченной к первой и подвешенной таким образом на стержнях второй гребенки, наносят клей штемпельной подушкой; первую гребенку устанавливают поверх второй, на нее укладывают заготовку стеклоткани и процесс этот повторяют до тех пор, пока не будет склеен сотовый брус требуемого размера, после чего блоки снимают с установки и укладывают в тару для дальнейшего проведения технологических операций.

Недостатки известного способа остаются теми же, что и в аналоге.

Известны устройства для изготовления сотовых заполнителей из металлических материалов методом профилирования ячеек. Они выбраны в качестве аналога (2) и содержат устройство для гофрирования металлической ленты, которое представляет собой две соосно расположенные шестерни, устройство для образования сборочных отверстий, устройство для сборки блока по сборочным отверстиям и его запрессовки с помощью болтов.

Недостатки известных устройств следующие: изготавливаются сотовые заполнители только с шестигранной формой ячеек одного размера. Никакая другая форма ячеек не может быть изготовлена известными устройствами;
не обеспечивается изготовление сотового бруса с заданным размером и окантовками по торцам из тех же лент материала;
на этих устройствах могут изготавливаться сотовые заполнители только из металлических материалов, так как, например, бумажные или тканевые сомнутся при запрессовке;
не обеспечивается изготовление сотового заполнителя с максимальными механическими характеристиками сдвига и изгиба, так как для этого требуется другая конфигурация ячеек и иной способ их соединения друг с другом.

Известна установка для изготовления сотовых заполнителей, выбранная в качестве прототипа (2). Она состоит из станины, рамы с двумя гребенками, верхней и нижней, для профилирования ткани; устройства для нанесения клея и профилированной плиты с электрообогревателем. В комплект установки входит также ручной профилированный (зубчатый) валик, обогреваемый электроспиралью.

Каждая гребенка состоит из ряда параллельных стержней по числу формуемых в заготовке гофров, в сечении стержни имеют форму полушестигранника со сторонами, соответствующими размеру формуемой ячейки. Шаг стержней равен трем сторонам шестигранника. Все стержни обращены выпуклой поверхностью шестигранника в одну сторону. Гребенки друг с другом не контактируют и вдвигаются с разных сторон рамы в рабочую зону установки.

Последовательность работы установки приведена выше при рассмотрении способа изготовления на ней сотового заполнителя.

Недостатки известной установки остаются теми же, что и у аналога.

Сущность изобретения.

Цель изобретения:
изготовление сотового бруса с произвольным чередованием ячеек любой конфигурации в виде многогранников;
получение сотового заполнителя с максимальными механическими характеристиками сдвига и изгиба;
получение сотового бруса заданного размера с окантовками по торцам.

Поставленные цели достигаются тем, что в способе изготовления сотового заполнителя методом склеивания, заключающемся в профилировании лент материала по форме ячеек и соединении их в сотовый брус последовательным наращиванием, согласно изобретению, ленту материала размещают в промежутках и по наружным плоскостям стержней, соединяют со смежными лентами с помощью промежуточной плоской ленты или по плоскостям соприкосновения, а концы лент скрепляют друг с другом, образуя окантовки сотового бруса. Кроме того, для достижения частной цели получения сотового заполнителя с максимальными характеристиками сдвига и изгиба в трех плоскостях перпендикулярных плоскости сотового бруса, ячейки сотового заполнителя выполняют треугольными так, чтобы их грани лежали в заданных плоскостях, ленты, образующие ячейки, соединяют между собой через промежуточную плоскую ленту так, чтобы стороны и вершины ячеек располагались строго напротив друг друга. Для достижения второй частной цели получения сотового заполнителя с максимальными характеристиками сдвига и изгиба в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, перпендикулярных также и плоскости сотового бруса, ячейки сотового заполнителя выполняют в виде прямоугольника, а ленты, образующие ячейки, соединяют между собой через промежуточную плоскую ленту со смещением ячеек на полшага. Наконец для третьей частной цели получения сотового заполнителя с различными характеристиками прочности и жесткости в заданном направлении по площади сотового бруса, ячейки заполнителя выполняют различными как по величине, так и по форме, в соответствии с заданным законом изменения механических характеристик. Поставленные цели достигаются также тем, что устройство для изготовления сотового заполнителя, имеющее основание с подвижными параллельно расположенными гребенками с размещенным на них рядом соосно расположенных стержней, согласно изобретению, содержит по меньшей мере три гребенки, контактирующие друг с другом по плоскостям соприкосновения, со стержнями, которые образованы узкими прорезями в теле гребенки и повторяют внутреннюю конфигурацию ячеек сотового заполнителя в заданной последовательности, длиной равной ширине и толщиной кратной длине сотового бруса, при этом плоскости прорезей перпендикулярны торцам гребенок и образуют стержни в форме многогранников, крайние стержни снабжены фиксаторами-прижимами ленты, а на основании установлены две направляющие с фиксаторами для трех и более гребенок и нажимное устройство. Для получения сотового заполнителя с различными по форме и размеру ячейками по всей площади сотового бруса, форма и размер стержней меняются от гребенки к гребенке и вдоль них согласно заданному рисунку.

Именно заявленный способ изготовления сотового заполнителя и реализуемое его устройство (установка) обеспечивают, согласно изобретению, достижение всех поставленных целей. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение изобретения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 показан процесс размещения ленты материала заполнителя в промежутках между стержнями гребенки; на фиг.2 - гребенка с прижатой и зафиксированной лентой материала и нанесенным клеем для соединения со смежной гребенкой; на фиг.3 - сборка двух гребенок с размещенными в них лентами материала; на фиг.4 - сборка двух гребенок с лентами материала и нанесенным клеем для соединения с третьей гребенкой; на фиг.5 - сборка второй и третьей гребенок без первой (снятой) гребенки; на фиг.6 - сборка первой и второй гребенок через промежуточную плоскую ленту материала; на фиг.7 - устройство для изготовления сотового заполнителя, вид спереди; на фиг.8 - устройство для изготовления сотового заполнителя, вид сверху (план); на фиг.9 - конструкция гребенки с прямоугольными стержнями, вид спереди; на фиг.10 - конструкция гребенки, вид с верхнего торца; на фиг.11 - сотовый заполнитель с максимальными характеристиками сдвига и изгиба в трех плоскостях ;на фиг.12 - сотовый заполнитель с максимальными характеристиками сдвига и изгиба в двух взаимно перпендикулярных плоскостях;на фиг.13 - сотовый заполнитель с различными характеристиками прочности и жесткости по площади сотового бруса.

На фиг. 1-13 приняты следующие обозначения: 1 - лента материала для изготовления сотового заполнителя; 2 - гребенка; 3 - прорезь; 4 - стержень; 5 - фиксатор-прижим; 6 - клеевой слой; 7 - вторая гребенка; 8 - третья гребенка; 9 - плоская промежуточная лента; 10 - основание; 11 - направляющие; 12 - фиксаторы; 13 - нажимное устройство; 14 - рычаг нажимного устройства; 15 - паз; 16 - окно; 17 - прижим.

Возможность осуществления предлагаемого изобретения. Рассмотрим изготовление конкретного бруса сотового заполнителя, например, с треугольной ячейкой. Материалом заполнителя является бумага артикул 0101 ГОСТ 6656-76. Склеивание производится клеем холодного отверждения ПВА марки КСПП-11Х-412-1.

На фиг. 1-6 изображены последовательность изготовления сотового заполнителя, например, с треугольной ячейкой. Начинают изготовление с того, что рулон бумаги разрезают на ленты необходимой ширины и длины. Ленту 1 (фиг.1) заправляют в пазы 3 первой гребенки 2 между стержнями 4. При этом оставляют свободные концы, длина которых равна двум толщинам гребенки. Концы после натяжения ленты фиксируют фиксатором-прижимом 5 (фиг.2, 9, 10). Аналогичным образом заправляют ленту во вторую гребенку 7. Далее внешние грани ячеек заполнителя на первой гребенке, а заодно, и концы ленты материала покрывают клеевым слоем 6 (фиг.2). Первую гребенку кладут на плоскость с окном так, чтобы она имела опору на концах стержней и под основанием. На первую гребенку 2 (фиг.3) укладывают вторую 7 (фиг.2), совмещая ленты материала и нагружая небольшим давлением прижатия Р. Концы ленты на второй гребенке освобождают из-под фиксаторов, приклеивают к ним концы ленты с первой гребенки и снова прижимают склееные места фиксатором-прижимом 5 (фиг.3). Пока происходит склеивание граней ячеек заполнителя на первых двух гребенках 2, 7 (фиг. 3) третью гребенку заправляют лентой материала и фиксируют фиксатором-прижимом. После этого со склеиваемых между собой первых двух гребенок (фиг. 3) снимают давление и на верхние поверхности граней сотового заполнителя и концы ленты материала второй гребенки наносят клей 6 (фиг.4). Первую гребенку вынимают из уже сформированного первого ряда ячеек заполнителя и опускают вторую гребенку 7 (фиг.5) на опорную поверхность с окном вместо находившейся здесь первой гребенки. На верхнюю плоскость второй гребенки устанавливают третью гребенку 8 (фиг.5) и нагружают ее небольшим усилием прижатия Р (фиг. 5). Концы лент на третьей гребенке освобождают из-под фиксаторов приклеивают к ним концы лент со второй гребенки и снова прижимают склеенные места фиксатором-прижимом 5 (фиг.5). Пока происходит склеивание граней ячеек заполнителя на второй и третьей гребенках 7, 8 (фиг.5) первую гребенку заправляют лентой материала и фиксируют фиксатором-прижимом. И далее, процесс наращивания рядов ячеек заполнителя повторяется до получения сотового бруса заданных размеров.

В приведенном примере время склеивания рядов сотовых ячеек определяется временем заправки лентой одной гребенки. Это в случае применения трех гребенок. При необходимости это время можно увеличить применением большего количества гребенок.

Соединение лент материала, образующих ячейки сотового заполнителя, через промежуточную плоскую ленту показано на фиг.6. В качестве примера приведен сотовый заполнитель с прямоугольной ячейкой, составленной из треугольных.

Изложенный выше способ изготовления сотовых заполнителей реализуется на устройстве (фиг.7, 8). Оно состоит из основания 10 (фиг.7, 8), гребенок (в данном случае показаны три - 2, 7, 8), направляющих 11 с фиксаторами 12 и нажимного устройства 13. В конкретном примере исполнения элементов установки гребенки выполнены с прямоугольными по форме стержнями. Конструкция такого заполнителя показана на фиг.12. Она образуется склеиванием рядов ячеек через промежуточную плоскую ленту 9. В качестве нажимного устройства могут служить пружинные, пневматические, винтовые, рычажные и другие механизмы. Для примера на фиг.7, 8 показан примитивный рычажный нажимной узел, что не влияет на сущность изобретения.

Процесс изготовления сотового заполнителя на устройстве (фиг.7, 8) протекает следующим образом. Имеется накопитель с лентами необходимых размеров и материалов. Пустые гребенки 2, 7, 8 вынимают из устройства. Для этого рычаг 14 (фиг.7, 8) нажимного устройства 13 отводят вбок (пунктир на фиг. 7) и освобождают гребенки. Берут первую гребенку 2, заправляют лентой (процедура заправки и фиксации описана выше) и укладывают ее на основание 10, совмещая пазы 15 на гребенку (фиг.9) с фиксаторами 12 (фиг.8). При этом лента 1 (фиг. 8) должна находиться внутри окна 16 для обеспечения прохождения сотового бруса при наращивании рядов ячеек. На выступающие площадки ленты наносят клеевой слой и накрывают сверху плоским отрезком ленты, который имеет длину равную длине гребенки. На эту ленту накладывают плоскую плитку для прижатия и начала процесса склеивания. После этого берут вторую гребенку 7, заправляют ее лентой и откладывают. Снимают плоскую плитку с первой гребенки, откладывают ее в сторону и на внешнюю поверхность плоской ленты наносят слой клея. Этот же клей наносят и на концы ленты, заправленной в первую гребенку. Берут вторую гребенку с лентой и укладывают ее поверх первой, совмещая пазы 15 (фиг.9) на гребенке с фиксаторами 12 на устройстве. Нажимное устройство 13 (фиг.7, 8) возвращают в рабочее положение, прижимая гребенки друг к другу прижимом 17 (фиг.7, 8). Jсвобождают ленту на второй гребенке от боковых фиксаторов-прижимов и подклеивают к ней концы ленты, заправленной в первую гребенку. Фиксаторами-прижимами фиксируют склееные концы двух лент. После этого берут третью гребенку 8, заправляют ее лентой и фиксируют ленту боковыми фиксаторами-прижимами. Откладывают гребенку, снимают давление прижатия первых двух гребенок (описано выше), освобождают первую гребенку 2 (фиг.7) от фиксаторов 12, поднимая их вверх (пунктир на фиг.7), и вынимают (вытягивают из ячеек) первую гребенку. На ее место опускается вторая гребенка. На выступающие площадки ленты на второй гребенке наносят клеевой слой и накрывают сверху плоским отрезком ленты материала. Далее верхнюю поверхность этой ленты и концы ленты, заправленной во вторую гребенку, покрывают клеем. После этого берут третьею гребенку с лентой и укладывают ее поверх второй, совмещая пазы 15 (фиг.9) на гребенке с фиксаторами 12 на устройстве. Нажимное устройство 13 (фиг.7, 8) возвращают в рабочее положение, прижимая гребенки друг к другу прижимом 17 (фиг. 7, 8). Освобождают ленту на третьей гребенке от боковых фиксаторов-прижимов и подклеивают к ней концы ленты, заправленной во вторую гребенку. Фиксаторами-прижимами фиксируют склеенные концы двух лент.

И так далее, наращивая ряды ячеек до получения сотового бруса необходимых размеров.

После изготовления сотового бруса его пропитывают затвердевающими составами, например, бакелитовым лаком. После его отверждения форма и размеры ячеек фиксируются и сотовый заполнитель готов для дальнейшего применения в трехслойных конструкциях.

Основным инструментом для получения сотового заполнителя является гребенка. Пример ее конструктивного выполнения схематично приведен на фиг.9, 10. Расположение прорезей в гребенках (фиг.9 10) обеспечивает размеры и форму ячеек сотового заполнителя. Именно она (гребенка) и обеспечивает достижение всей целей изобретения, если ленты материала на смежных ячейках соединяются друг с другом непосредственно по плоскостям контакта или с помощью плоской промежуточной ленты.

Эффективность применения предлагаемых способа и устройства для изготовления сотового заполнителя состоит в том, что они позволяют получать как известные, так и совершенно новые сотовые структуры, обладающие следующими новыми свойствами:
максимальными характеристиками сдвига и изгиба в трех плоскостях перпендикулярных плоскости сотового бруса, что достигается выполнением ячеек в виде треугольников (например, фиг.6, 11);
максимальными характеристиками сдвига и изгиба в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, перпендикулярных также и плоскости сотового бруса, что достигается выполнением ячеек в виде прямоугольников или прямоугольных треугольников (например, фиг.6, 12);
переменными характеристиками прочности и жесткости по площади сотового бруса, что достигается различной формой и размерами ячеек, изменяющимися по площади сотового бруса по заданному рисунку (например, фиг.13);
получение сотового бруса заданных размеров с окантовками.

Указанные свойства не имеют мировых аналогов и заявляемые сотовые структуры выгодно отличаются от известных в настоящее время.

Простота изготовления устройства делает его доступным как для предприятий, так и для частных лиц.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сотового заполнителя методом склеивания, заключающийся в профилировании лент материала по форме ячеек с помощью гребенок со стержнями и соединении их со смежными лентами в готовый брус последовательным наращиванием, отличающийся тем, что ленту материала размещают в промежутках и по наружным плоскостям стержней, а соединение лент со смежными лентами осуществляют с помощью промежуточной плоской ленты или по плоскостям соприкосновения, причем концы лент скрепляют друг с другом с образованием окантовки сотового бруса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ленты, образующие ячейки, соединяют между собой через промежуточную плоскую ленту с расположением сторон и вершин ячеек одна против другой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ячейки выполняют в виде прямоугольника, а ленты, образующие ячейки, соединяют между собой через промежуточную плоскую ленту со смещением ячеек на полшага.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ячейки выполняют различными как по величине, так и по форме в соответствии с заданным законом изменения механических характеристик.

5. Устройство для изготовления сотового заполнителя, содержащее основание с подвижными параллельно расположенными гребенками с рядом соосно расположенных стержней, отличающееся тем, что оно содержит по меньшей мере три гребенки, контактирующие одна с другой по плоскостям соприкосновения, со стержнями, которые образованы прорезями в теле гребенки и повторяют внутреннюю конфигурацию ячеек заполнителя в заданной последовательности, длиной, равной ширине, и толщиной, кратной длине сотового бруса, при этом плоскости прорезей перпендикулярны к торцам гребенок и образуют стержни в форме многогранников, крайние стержни гребенок снабжены фиксаторами-прижимами ленты, а на основании установлены две направляющие с фиксаторами для трех и более гребенок и нажимное приспособление.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что, с целью получения сотового заполнителя с различными по форме и размеру ячейками по всей площади сотового бруса, форма и размер стержней изменяются от гребенки к гребенке и вдоль них согласно заданному рисунку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13