DE4323922A1 - Wabenstruktur, vorzugsweise für ein plattenförmiges Verbundmaterial, Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung eine solchen Verbundmaterials - Google Patents
Wabenstruktur, vorzugsweise für ein plattenförmiges Verbundmaterial, Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung eine solchen VerbundmaterialsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur,
vorzugsweise für ein plattenförmiges Verbundmaterial,
bestehend aus kurvenförmig verlaufenden Streifen, die an den
Berührungsflächen breitflächig fest miteinander verbunden
sind, ein Verbundmaterial mit dieser Wabenstruktur sowie ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundmaterials.
Wabenstrukturen werden unter anderem in Caravans eingesetzt,
um deren Anhängelast möglichst niedrig zu halten. In Ländern,
wo vorwiegend kleinere Personenkraftwagen gefahren werden,
werden Caravans kaum noch verkauft, weil sie zu schwer sind.
Im Flugzeugbau sind Sandwichprofile bekannt, die einen Kern
als Steg zur Aufnahme der Biegequerkraft und eine äußere Haut
zur Aufnahme der Zug-Druck-Kräfte haben. Die Haut besteht
jeweils aus Metallblech oder einem Faserlaminat. Der Kern in
Form einer Wabenstruktur, Wellblech oder Schaumstoff
verstärkt die Haut. Die Auslegung des Kerns entscheidet über
die gewichtsspezifische Güte der Sandwichkonstruktion. Weil
der Kern bei optimaler statischer Abstimmung etwa zwei
Drittel des Gesamtgewichts des Sandwichprofils ausmacht, darf
man ihm möglichst wenig Gewicht zugestehen, wodurch seine
Steifigkeit an Grenzen stößt.
Nachteilig ist bei bekannten Sandwichprofilen die Verklebung
von Kern und Deckschicht, die aus verschiedenen Materialien,
beispielsweise Metall und Faserverbundwerkstoff, bestehen,
weil sich die Deckschicht durch wechselnde Biegelast beult,
ablöst und ihre tragende Funktion verliert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial
mit niedrigem Raumgewicht zu schaffen, das ausreichend steif
und schubsteif ist und wärmeisolierende Eigenschaften hat
sowie ein Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen
1, 10, 18 und 19 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Erfindung weist gegenüber dem Bekannten die Vorteile auf,
daß das Verbundmaterial geringes Raumgewicht, hohe
Biegefestigkeit und geringe Bauhöhe aufweist. Es ist wärme-
und schallisolierend sowie gegen chemische und biologische
Einflüsse resistent. Es kann kostengünstig und einfach
hergestellt werden, seine Be- und Verarbeitung ist
problemlos, und es ist fräs-, bohr- und sägbar. Um bei
extremer Belastung Material aus einer Wabenkammer
herauszulösen, wäre die Aufwendung von Scherkraft nötig, weil
bei der neuen Wabenstruktur Öffnungen Brückenbildung zwischen
dem Füllmaterial benachbarter Wabenkammern ermöglichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus
den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung
hervor.
Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen anhand von
Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf einzelne Streifen für eine
Wabenstruktur vor deren Zusammenbau,
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Wabenstruktur ohne Füllmaterial und ohne Deckschichten,
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Wabenstruktur ohne Füllmaterial und ohne Deckschichten,
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein drittes Ausführungsbeispiel
einer Wabenstruktur ohne Füllmaterial und ohne Deckschichten,
Fig. 5 eine Seitenansicht auf einen Streifen mit Öffnungen
zur Bildung einer Wabenstruktur,
Fig. 6 eine Draufsicht auf einen die Wabenstruktur bildenden
Streifen, gemäß Fig. 5, in flachem Zustand,
Fig. 7 eine Draufsicht auf den Streifen gemäß Fig. 6 in
gebogenem Zustand,
Fig. 8 perspektivisch eine Teilansicht einer Wabe des
Verbundmaterials ohne Füllmaterial,
Fig. 9 einen Schnitt durch die Wabenstruktur entlang einer
Line IX-IX in Fig. 2 mit beidseitigen Deckschichten,
Fig. 10 einen Schnitt durch die Wabenstruktur entlang der
Linie IX-IX in Fig. 2 mit einem Füllmaterial in Wabenkammern
zur Bildung eines Verbundmaterials,
Fig. 11 zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des
Verbundmaterials schematisch eine Auflage, die daraufliegende
Wabenstruktur mit eingefülltem Kunststoffmaterial und einen
Stempel,
Fig. 12 zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens des
Verbundmaterials mit beidseitigen Deckschichten schematisch
die Auflage, darüber Halter zum Halten der Wabenstruktur mit
eingefülltem Kunststoffmaterial und den Stempel.
Ein Verbundmaterial 1 (Fig. 9) besteht zunächst aus einer
Wabenstruktur 2 mit beidseitigen Deckschichten 3, 4. Die
Deckschichten 3, 4 sind vorzugsweise aus einem
Kunststoffmaterial, beispielsweise Polyurethan, hergestellt.
Ein anderes Verbundmaterial 1 (Fig. 10) besteht aus einer
Wabenstruktur 2 und einem Füllmaterial 21 in der
Wabenstruktur.
Die Wabenstruktur 2 (Fig. 2, 3) besteht aus mehreren, entlang
Biegelinien 13 gebogenen, vorzugsweise aus Metall, vor allem
Aluminium, hergestellten Streifen 5 (Fig. 1), die an ihren
Berührungsflächen 20 fest miteinander verbunden sind.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Berührungsflächen 20
miteinander verschweißt.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel sind die
Berührungsflächen 20 miteinander verklebt.
Entlang ihrer Längserstreckung haben die Streifen 5 (Fig. 5,
8, 9) langlochförmige Öffnungen 10. Eine Biegelinie 13
verläuft jeweils durch die Öffnungen 10 hindurch. Die
Öffnungen 10 sind von einem Wulst 11 eingefaßt, der sich auf
der einen Seite des Streifens 5 aus dessen Ebene heraushebt.
Der Wulst 11 ist zur Vergrößerung der Biegesteifigkeit in
Richtung der Quer- und Längserstreckung der Streifen 5
vorgesehen.
Die Wabenstruktur 2 (Fig. 9) soll die Deckschichten 3, 4
stützen, Querschubkräfte tragen und vor allem mit hohem
spezifischem Volumen (umgekehrt proportional zur Dichte) für
eine große lichte Weite zwischen den Deckschichten 3, 4 und
damit einen großen Trägheitsradius des Querschnitts sorgen.
Bei einem Ausführungsbeispiel (Fig. 1, 2) einer Wabenstruktur
sind die Streifen 5 kurvenförmig gebogen und so zueinander
angeordnet, daß jede Seite des einen gebogenen Streifens 5 an
einer Berührungsfläche 20 mit einer Seite des anderen
gebogenen Streifens 5 in Verbindung steht. Es entstehen
sechseckige Wabenkammern 15. Diese bilden einen Verbund, der
eine sehr hohe Biegesteifigkeit in Längs- und Querrichtung
der Streifen 5 aufweist.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 3) einer
Wabenstruktur sind die Streifen 5 trapezförmig gebogen. Durch
Aneinanderfügen der einzelnen an der Biegelinie 13 gebogenen
Streifen 5 entstehen viereckige Wabenkammern 15, die wiederum
mit zwei, jeweils sich gegenüberliegenden Seiten so
zueinander angeordnet sind, daß jeweils ein Hohlraum 14
gebildet wird. Durch die unmittelbare Anordnung der
Wabenkammern 15 und Hohlräume 14 untereinander entstehen
mehrere, doppelte Wabenstege, wodurch sich die
Schubsteifigkeit und -festigkeit gegenüber der Querrichtung
der Streifen 5 erhöht.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4) einer
Wabenstruktur sind die Streifen 5 kurvenförmig gebogen und in
der Weise zueinander angeordnet, daß jeweils eine Wabenkammer
15 entsteht. An den Berührungsflächen 20 sind die Streifen 5
fest miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schweißen.
Diese Wabenstruktur 2 weist eine besonders hohe Steifigkeit
bei Belastungen in Richtung der Längserstreckung der
Streifen 5 auf.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (Fig. 9) wird die
Wabenstruktur mit beidseitigen Deckschichten 3, 4 verwendet.
Die Wabenkammern 15 hingegen sind leer.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials sind
zum einen die Wabenstruktur 2 (Fig. 2, 3, 4), zum anderen ein
Füllmaterial 21 (Fig. 10) notwendig.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens (Fig. 11)
zur Herstellung des Verbundmaterials wird die Wabenstruktur 2
auf eine Auflage 18 aufgelegt. Anschließend werden die
Wabenkammern 15 mit dem Granulat eines Füllmaterials 21,
beispielsweise Polyurethan (als Granulat unter dem
Handelsnamen PURENIT erhältlich) mit einem Klebemittel, z. B.
Polyisocyanat, befüllt.
Das Füllmaterial 21 wird auf etwa 70-150°C erhitzt. Ein
Stempel 27 drückt das erhitzte und deshalb fließfähige
Füllmaterial 21 in Richtung eines Pfeils 22 in die
Wabenkammern 15 hinein und schließt ebenflächig mit der
Oberkante der Wabenstruktur 2 ab. Es entsteht eine
Wabenstruktur 2 (Fig. 10), die mit Polyurethan gefüllt ist,
wobei das Füllmaterial 21 die Öffnungen 10 der einzelnen
Streifen 5 durchdringt. Dies bewirkt eine höhere Festigkeit,
insbesondere größere Biegesteifigkeit des Verbundmaterials.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des Verfahrens (Fig.
12) zur Herstellung eines Verbundmaterials wird die
Wabenstruktur 2 mittels Haltern 26 so fixiert, daß zwischen
Wabenstruktur 2 und Auflage 18 ein Zwischenraum 29
freibleibt.
Bei Befüllung der Wabenkammern 15 mit dem Füllmaterial 21,
bestehend aus granuliertem Kunststoffmaterial (beispielsweise
PURENIT) und Klebemittel, gelangt Füllmaterial 21 auch in den
Zwischenraum 29 (Fig. 12). Das Füllmaterial 21 wird auf etwa
70-150°C erhitzt. Der Stempel 27 drückt das erhitzte und
deshalb fließfähige Füllmaterial 21 in Richtung des Pfeils 22
in die Wabenkammern 15 hinein. Der Stempel wird nur soweit in
Richtung des Pfeils 22 bewegt, daß eine gewisse Deckschicht 3
(Fig. 9) oberhalb der Wabenstruktur 2 entsteht. Gleichzeitig
entsteht aufgrund des Zwischenraums 29 zwischen der Auflage
18 und der Wabenstruktur 2 eine gewisse untere Deckschicht 4
(Fig. 9) für das Verbundmaterial.
Das so hergestellte Verbundmaterial zeichnet sich besonders
durch hohe Biegesteifigkeit und ein günstiges Beulverhalten
aus.
In einem weiteren, in der Zeichnung nicht dargestellten
Verfahren werden die Wabenkammern 15 auf eine gewünschte Höhe
mit Füllmaterial 21 befüllt und zwar so, daß oben und unten
eine Schicht in Form von Deckschichten 3, 4 die Wabenstruktur
bedeckt (Fig. 9).
Alternativ zur Befüllung mit Polyurethan-Granulat können auch
andere Materialien, beispielsweise leichte Holzsorten in Form
von Spänen oder Sägemehl, beigemischt werden.
Um eine höhere Festigkeit bei nur geringer Vergrößerung des
Raumgewichts zu erzielen, werden dem Füllmaterial Glasfasern,
Carbonfasern bzw. Mineralfasern beigemischt.
Da das Verbundmaterial beispielsweise mit RESOPAL beschichtet
werden kann, eignet es sich unter anderem für die Anwendung
als Schautafel. Es kann auch in Form von Schaltafeln im
Baubereich eingesetzt werden.
Verwendet man anstelle von Aluminium Stahl für die Streifen,
so eignen sich die geformten Platten für höhere Belastungen.
Weitere Anwendungsgebiete sind der Nutzfahrzeugbau mit seinen
großflächigen Verkleidungen, die Möbelindustrie und der
Bauplattenmarkt sowie der Tischplatten- und Türblättermarkt.
Claims (20)
1. Wabenstruktur, vorzugsweise für ein plattenförmiges
Verbundmaterial, bestehend aus kurvenförmig verlaufenden
Streifen, die an den Berührungsflächen breitflächig fest
miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch
das Material der Streifen (5) hindurchgehende Öffnungen (10)
vorgesehen sind.
2. Wabenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Öffnungen (10) langlochartige Gestalt haben.
3. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ränder der Öffnungen (10) wulstartig
aufgebogen sind.
4. Wabenstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die durch das Aufbiegen der Ränder der Öffnungen (10)
entstehenden Wülste (11) benachbarter Streifen (5) zumindest
über einen Teil ihres Umfangs löffelartig ineinandergreifen.
5. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen (10) zu beiden Seiten
einer Biegelinie (13) erstrecken.
6. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streifen (5) aus Metall bestehen.
7. Wabenstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metall Aluminium ist.
8. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streifen (5) aus Kunststoffmaterial
bestehen.
9. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streifen (5) aus Papier bestehen.
10. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Streifen (5) aus Pappe bestehen.
11. Verbundmaterial mit einer Wabenstruktur nach einem der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Deckschichten (3, 4), die paarweise die als Scheibe, Platte
oder Schale tragende Wabenstruktur (2) bilden, aus einem
steifen und festem Material bestehen.
12. Verbundmaterial nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das steife und feste Material Kunststoffmaterial ist.
13. Verbundmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffmaterial Polyurethan ist.
14. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (10) von einem in
den Wabenkammern (15) befindlichem Füllmaterial (21)
durchdrungen sind, das ein einstückiges Teil bildet.
15. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial (21)
Kunststoffmaterial ist.
16. Verbundmaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffmaterial Polyurethan ist.
17. Verbundmaterial nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kunststoffmaterial ein Gemisch aus Polyurethan und
Füllstoffen ist.
18. Verbundmaterial nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff Sägemehl ist.
19. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach den
Ansprüchen 11 bis 18, gekennzeichnet durch die
Verfahrensschritte, daß
- (a) die Wabenstruktur (2) auf eine Auflage (18) aufgelegt wird,
- (b) in die Wabenstruktur (2) ein Füllmaterial (21) eingefüllt wird,
- (c) das Füllmaterial auf 70-150°C erhitzt wird,
- (d) das Füllmaterial (21) mittels eines Stempels (27) in den Wabenkammern verdichtet wird, und
- (e) der Stempel (27) bis zu ihrer Oberkante auf die Wabenstruktur (2) abgesenkt wird.
20. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach den
Ansprüchen 11 bis 18, gekennzeichnet durch die
Verfahrensschritte, daß
- (a) unter Bildung eines Zwischenraums (29) zwischen der Auflage (18) und der Wabenstruktur (2) diese oberhalb der Auflage (18) zwischen Halter (26) eingespannt wird,
- (b) in die Wabenstruktur (2) ein Füllmaterial (21) eingefüllt wird,
- (c) das Füllmaterial auf 70-150°C erhitzt wird,
- (d) das Füllmaterial (21) mittels des Stempels (27) in den Wabenkammern verdichtet wird, und
- (e) die Abwärtsbewegung des Stempels (27) in gewissem Abstand von der Oberkante der Wabenstruktur (2) angehalten wird.
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| DE4323922A DE4323922A1 (de) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | Wabenstruktur, vorzugsweise für ein plattenförmiges Verbundmaterial, Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung eine solchen Verbundmaterials |
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Publications (1)
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| DE4323922A1 true DE4323922A1 (de) | 1995-03-09 |
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ID=6493011
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| DE4323922A Withdrawn DE4323922A1 (de) | 1993-07-16 | 1993-07-16 | Wabenstruktur, vorzugsweise für ein plattenförmiges Verbundmaterial, Verbundmaterial sowie Verfahren zur Herstellung eine solchen Verbundmaterials |
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