AT7930U1 - Faltwerk-verbund-platte - Google Patents

Abstract

Die Faltwerk-Verbund-Platte (Figur 1) ist eine Sandwichplatte, die aus drei wesentlichen Schichten, einer oberen ebenen Deckschicht (1), einer, nach dem Vorbild des "Miura-Oris", speziell gefalteten Mittelschicht in Form eines Faltwerks (2) und einer unteren ebenen Deckschicht (3), besteht, wobei die Schichten allesamt kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind ummantelnde Beschichtungen (4) zur Oberflächenvergütung wie beispielsweise UV-Filter, Antikratzbeschichtungen, Pigmentschichten und/oder Antihaftbeschichtungen gegen terrestrische Partikel vorhanden. Die Deckschichten (1 & 3) unterdrücken weitgehend die antiklastische Verformung des Faltwerks (2) unter Belastung und versteifen somit die gesamte Platte, wodurch diese, hohe Lasten bei geringem Eigengewicht und Materialeinsatz aufnehmen kann.

Description

2 AT007 930U1 1. Titel der Erfindung:

Faltwerk-Verbund-Platte 5 2. Zusammenfassung:

Die Faltwerk-Verbund-Platte (Figur 1) ist eine Sandwichplatte, die aus drei wesentlichen Schichten, einer oberen ebenen Deckschicht (1), einer, nach dem Vorbild des „Miura-Oris“, speziell gefalteten Mittelschicht in Form eines Faltwerks (2) und einer unteren ebenen Deckschicht (3), io besteht, wobei die Schichten allesamt kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind ummantelnde Beschichtungen (4) zur Oberflächenvergütung wie beispielsweise UV-Filter, Antikratzbeschichtungen, Pigmentschichten und/oder Antihaftbeschichtungen gegen terrestrische Partikel vorhanden. Die Deckschichten (1 & 3) unterdrücken weitgehend die antiklastische Verformung des Faltwerks (2) unter Belastung und versteifen somit die gesamte Platte, wo-15 durch diese, hohe Lasten bei geringem Eigengewicht und Materialeinsatz aufnehmen kann. 3. Beschreibungseinleitung

Die Erfindung betrifft eine Sandwichplatte für das Bauwesen, die aus drei wesentlichen Schich-2o ten, nämlich zweier flankierender Deckschichten und einer, nach dem Vorbild des „Miura-Oris“, speziell gefalteten Mittelschicht in Form eines Faltwerks, besteht, wobei die Schichten allesamt kraftschlüssig miteinander verbunden sind. 4. Stand der Technik 25

Handelsübliche Hohlkammerplatten mit Stegen, die rechtwinkelig zu deren beiden Deckschichten angeordnet sind, auch als Stegplatten bekannt, sowie Platten, dessen Stegelemente nicht orthogonal zu deren Deckschichten stehen, sondern beispielsweise unter 45°, werden zumeist im Strangpressverfahren, theoretisch endlos lang, hergestellt. Aus diesem Verfahren bzw. aus 30 den damit verbundenen möglichen Querschnitts-Figuren resultiert ein typisches Materialverhalten dieser Baustoffe: Hohlkammerplatten sind zwar in der Längsrichtung relativ stark belastbar, weisen aber in der Querrichtung eine sehr geringe Steifigkeit auf. Ein weiterer Nachteil der Plattengeometrie von Stegplatten liegt in der Tatsache, dass die Stege zwischen den beiden Deckschichten als Einzelelemente anzusehen sind und unter Belastung, Lasten nur ungünstig 35 abgeleitet werden können, da es zu keinem unmittelbaren Kräfteschluss von Steg zu Steg kommt, sondern nur über die Deckschichten. Starke Lasteinwirkungen führen daher meistens zum Einknicken einzelner Stege, was zum Versagen der Platten insgesamt führt. Es ist daher unter Lasteinwirkung kein einheitliches Verformungsbild am Gesamtsystem zu erkennen. Weiters weisen die meisten Profile von Hohlkammerplatten einen unvorteilhaften Querschnitt be-40 züglich der Dämmeigenschaften auf. Wabenplatten, die zwischen zwei Deckschichten beispielsweise bienenwabenartige, also sechseckige, oder runde Zellen, einschließen, sind im Gegensatz zu Hohlkammerplatten in Längsrichtung meist ebenso stabil wie in Querrichtung, weisen aber unter Lasteinwirkung auch keine ideale Lastableitung auf. 45 5. Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Vorteile einer Leichtbauplatte, nämlich hohe Lasten bei geringem Materialeinsatz, so aufzunehmen und abzuleiten, dass die Steifigkeit in Längsrichtung annähernd gleich hoch wie in Querrichtung ist und es innerhalb der Platte zum so Abbau von Spitzenlasten kommt, um lokales Materialversagen zu verhindern. Weiters sollen durch die Querschnittsgeometrie bestmögliche Wärmedämmwerte erzielbar sein. 6. Lösung der gestellten Aufgabe 55 Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich innerhalb der Faltwerk-Verbund-Platte ein Faltwerk 3 AT 007 930 U1 befindet, das „Miura-Ori“, das auf Grund seiner Geometrie Lasten gezielt in die mit ihm kraftschlüssig verbundenen Deckschichten ableitet und mittels seiner typischen Verformung, Lastspitzen abbaut. 5 7. Effekte der Erfindung und Unteransprüche

Das Faltwerk der Mittelschicht der Faltwerk-Verbund-Platte stammt aus der japanischen Papierfalttechnik, dem Origami. Das Faltmuster, das sich aus einem Bogen Papier falten lässt, ohne es zu zerschneiden, ist bekannt als „Miura-Ori“ und besteht aus zusammengesetzten Parallelo-io grammen bzw. Rhomben. Die Abmessungen deren Seitenkanten, sowie die Winkel unter denen diese zueinander stehen, können variieren (Figur 2).

Wird das Faltwerk durch eine Flächen-, Linien-, oder Punktlast normal zur Plattenebene so belastet, dass das Faltwerk selbst vollflächig auf einem steifen Körper, beispielsweise einer 15 Fundamentplatte, aufliegt, expandiert die Faltstruktur auf Grund der auftretenden Schubkräfte nach außen hin, bis sämtliche Ebenen der einzelnen Parallelogramme der Plattenebene entsprechen (Figur 3). Liegt das Faltwerk jedoch nicht vollflächig auf einem Untergrund, etwa einer Fundamentplatte, auf, sondern nur auf einzelnen Linien oder Punkten, beispielsweise auf einer Rahmenkonstruktion oder Punktauflagern, so verformt sich die Struktur antiklastisch (Figur 4). 20

Wird die Verformungsänderung des Faltwerks durch bauliche Maßnahmen behindert, treten Spannungen auf, die das Faltwerk stabilisieren. In der Faltwerk-Verbund-Platte übernehmen die beiden Deckschichten diese Funktion. Sie sind mit den äußeren Kanten des Faltwerks linear verklebt, kalt oder warm verschweißt und stellen einen kraftschlüssigen Verbund her. Unter 25 Belastung werden die auftretenden Schubkräfte über die Deckschichten abgefangen und kurzgeschlossen, wodurch sich die Faltwerk-Verbund-Platte selbst vorspannt. Dabei werden eingeleitete Kräfte über das gesamte Element verteilt und Spannungsspitzen abgebaut. Diese Eigenschaft ermöglicht dem Bauteil, bei geringstem Materialeinsatz, Eigengewicht und Verformung, höchste Lasten aufzunehmen bzw. abzuleiten. 30

Zur Anwendung kommt die Faltwerk-Verbund-Platte allgemein als leichtes Flächentragwerk und kann speziell im Bauwesen und Flugzeugbau eingesetzt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Wabenplatten, Steg- und Multistegplatten, Hohlkammerplatten und der Gleichen besitze die Faltwerk-Verbund-Platte maßgebende Vorteile: Auf Grund des speziellen Aufbaues, dem 35 Flächenträgheitsmoment, können höhere Lasten bei gleichen Materialeinsatz und Spannweiten abgeleitet bzw. größere Spannweiten bei gleichen Materialeinsatz und Lasten überwunden werden, wobei die Steifigkeit der Querrichtung annähernd jener der Längsrichtung entspricht. Gegenüber Stegplatten weist die Faltwerk-Verbund-Platte durch die spezielle Geometrie und Anordnung der Luftkammern einen besseren U-Wert, also Wärmedurchlasskoeffizient, auf. Die 40 Faltwerk-Verbund-Platte kann der Anwendung spezifisch dimensioniert werden. Sie kann aus unterschiedlichsten zug- und druckfesten Materialien hergestellt werden. Für den Einsatz im Bauwesen eignen sich zur Herstellung der Faltwerk-Verbund-Platte beispielsweise transparente Kunststoffe, wie Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, oder Ethylen-Tetra-Fluor-Ethylen, die mittels Heißpressverfahren bzw. Schweiß- und Klebeverfahren konfektioniert werden. Die Falt-45 werk-Verbund-Platte kann alternativ aus Leichtmetall, beispielsweise Aluminium, im Gussverfahren erzeugt werden und im Maschinenbau zum Einsatz kommen. 8. Aufzählung und Kurzbeschreibung der vorhandenen Zeichnungsfiguren so In Figur 1 ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise als reines Flächenmodell, in Axonometrie, Aufriss und Kreuzriss dargestellt.

Figur 2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Faltwerk-Verbund-Platte als Flächenmodell, links mit gefalteten „Miura-Ori“ und rechts mit ungefalteten „Miura-Ori“.

Claims (2)

1. 4 AT 007 930 U1 Figur 3 zeigt mit zentralperspektivischer Darstellungsmethode die Verformung des „Miura-Oris“ unter Belastung auf einem homogenen ebenen Untergrund in drei Schritten. Figur 4 zeigt die antiklastische Verformung des „Miura-Oris“ unter Belastung auf einem hetero-5 genen Untergrund in Grundriss, Aufriss und Kreuzriss. Figur 5 zeigt den Erfindungsgegenstand mit Materialstärken. Die Schwerlinien der Einzelelemente schneiden dabei in einem Punkt (S). io 9. Figurenbeschreibung Wird die Faltwerk-Verbund-Platte von einer äußeren Kraft P belastet, so treten innerhalb der Sandwichplatte Spannungen auf, die auf Grund der antiklastischen Verformung des Faltwerks 2 entstehen. Diese Spannungen werden von bestimmten Kanten des Faltwerks 2 in die Deck-15 schichten 1 & 3 eingeleitet, wodurch diese auf Zug beansprucht werden und das Auseinanderdriften der einzelnen Parallelogramme des Faltwerks 2 auf Grund der auftretenden Zugkräfte verhindern. Die Schwerlinien, die sich aus den materialmittig gelegenen Null-Ebenen der einzelnen Parallelogramme bzw. der beiden Deckschichten 1 & 3, herleiten lassen, schneiden stets in jedem Lotschnitt der Faltwerk-Verbund-Platte in einem Punkt, beispielsweise im Punkt 20 S. Ansprüche: 1. Die Faltwerk-Verbund-Platte ist eine dreischichtige Sandwich-Platte, dadurch gekenn zeichnet, dass ihre Mittelschicht aus einem Faltwerk (2), gemäß dem „Miura-Ori“ besteht und dieses kraftschlüssig, d.h. kalt oder warm verschweißt, mit zwei Deckschichten (1, 3) verbunden ist.
2. 2. Sandwich-Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Kunststoff oder Metall hergestellt ist und zur Oberflächenvergütung während des werkseitigen Herstellungsprozesses Beschichtungen (4) auf ihren Deckschichten (1, 3) aufgebracht werden. 35 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 40 45 50 55