DE10101612C1 - Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen, bestehend aus ineinander verzahnten Strukturen mit aus Vielecken gebildeten Höckern, wobei das erste Formbauteil mit einem um 180 Grad gedrehten und von unten versetzt eingesetzten zweiten Formbauteil über korrespondierende Seitenflächen eines jeden Höckers flächig im Kontakt liegend verbunden ist. DOLLAR A Durch diese Ausbildung wird verringertes Gewicht oder eine erhöhte Steifigkeit erzielt und zusätzlich die Eigenschaft der Wärmedämmung und die Herstellbarkeit im Vergleich zum Stand der Technik verbessert. Die Durchströmbarkeit ermöglicht darüber hinaus den Einsatz als Wärmetauscher.

Description

Die Erfindung betrifft eine ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen.

Es ist bekannt, dass räumliche Stabwerkkonstruktionen bestehend aus Zug- und Druckstäben und diagonalen Verstrebungen ein Höchstmaß an Steifigkeit und Tragfähigkeit aufweisen. Das aus verschiedenen Profilen erstellte Tragwerk bedarf eines hohen konstruktiven Aufwandes in der Anschlußtechnik der sich im Knoten vereinigenden Stäbe.

Dabei besteht das Problem, dass für niedrige Bauhöhen ein konventionelles Fachwerk auf­ grund der filigranen Struktur nicht mehr herstellbar ist. Für derartige Zwecke ist es Stand der Technik (vgl. DE 39 00 166 A1), Sandwich-Bleche zu verwenden. Hier werden zwei plane Deckplatten mittels einer teilweisen oder das ganze Zwischenvolumen ausfüllenden Klebema­ terials oder durch verklebte Waben-, bzw. durch eine punktuelle Stützkonstruktion eines ge­ formten Bleches nach DE 39 00 166 A1 verbunden, um die Koppelung der Deckschichten über den Schubverbund herzustellen.

Eine andere Konstruktionsweise ist in der DE 199 44 662 A1 dargestellt. Zwei gleiche Formbau­ teile, geprägt durch Sicken einer bestimmten geometrischen Art, liegen hier großflächig im Kontakt und bilden ein steifes Gefüge. Diese Ausführungsform ist derart definiert, das jeweils die Gurtflächenkreuzungspunkte mit den Tiefpunkten der Sicken, wie auch korrespondierende Seitenflächen der aneinanderliegenden Höcker der beiden Bleche insgesamt die Fügestellen bilden, die zu einem steifen Gesamtbauteil führen.

Ähnliche Platten sind auch in der US 5,894,045 beschrieben, wobei dort der Kontakt in den jeweiligen Deckflächen vorgesehen ist.

In bestimmten Bereichen der Technik, z. B. für einen Einsatz als Wärmetauscher, ist es aber erforderlich, daß die Platte in Ebenenrichtung durchströmbar ist. Dies ist mit den Platten ge­ mäß dem Stand der Technik nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der aus dem Stand der Technik bekann­ ten Probleme eine neuartige ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen mit hoher Steifigkeit bei geringem Gewicht zu schaffen, die weitere Vorteile und verbesserte Ei­ genschaften, insbesondere eine Durchströmbarkeit der Platte bietet.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausge­ staltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

In Abgrenzung und Erweiterung dieser dem Stand der Technik entsprechenden Konstrukti­ onsprinzipien wird hier eine Bauweise beschrieben, die nur planparallele Kontaktflächen un­ tereinander korrespondierender Seitenflächen eines jeden Höckers von zwei ineinanderge­ setzten Formbauteilen benötigt. Der Kontakt der Sicken Tiefflächen mit dem gegenüberlie­ genden Formblech wird hier ausgeschlossen. Mit diese Abwandlung ist es z. B. möglich, die Höcker näher zueinander zu schieben (die Gurtflächenbreite zu verkleinern) und damit z. B. bei gleicher Höckergröße den Abstand der beiden Formbauteile zu vergrößern. Der Kontakt der Sicken-Tiefflächen mit dem Gegenblech ist dann nicht mehr gegeben und die Kontaktflä­ che an den Höckerseitenflächen wird durch den hochgeschobenen Gegenhöcker verkleinert (Bild 1); die vergrößerte Bauhöhe wirkt sich aber bei gleichem Gewicht überproportional auf die erzielte Steifigkeit aus, die in der dritten Potenz mit zunehmendem Abstand steigt.

Das erfindungsgemäße Konstruktionsprinzip besteht weiter darin, dass hier im Vergleich zu der DE 199 44 662 A1 weitere Formvarianten der Höckerausbildung möglich sind, die nicht nur aus 6- oder 8-eckigen Grundformen bestehen müssen. Unterschiedliche Formen (Tieffläche zur Öffnungsfläche der Sicken) sind ebenfalls möglich, da die Anforderung auf Paßgenauigkeit der Sicken-Tiefflächen mit der Gegenform nicht gefordert wird. Bild 2 zeigt zwei Formbleche, deren Sicken im Tiefpunkt eine Vierecksfläche bilden und im Außenbereich (Sickenöffnungs­ fläche) eine achteckige Form haben. Die planparallel anliegenden Bereiche der Höckerseiten­ flächen der beiden Formbauteile bilden dann, je nach gewählter Form der Höcker, sich über­ lappende Kontaktflächen mit einer vieleckigen Form. Durch diese neuen Formvarianten kön­ nen die Sicken besser dem Produktionsprozess angepasst werden. Werden die Sicken durch zusätzliche Fasen (Bild 3) ausgebildet, kann eine gleichmäßigere Streckdehnung des Tiefzieh­ materials erreicht werden, womit tiefere Sicken möglich werden oder die Herstellung verein­ facht wird. Die modernen Verfahren z. B. des Hydroformens (Umformen mittels Wasserdruck) werden dann optimaler ausgenutzt. Weiterhin kann durch solche Fasen die Tragwirkung der ineinandergreifenden Höcker verbessert werden, da die Membrantragwirkung gefördert wird.

Mit dem zweiten von unten um 180 Grad versetzt eingesetzten Formteil, das sich durch die Winkelgleichheit planparallel an den Höckerseitenflächen anfügt, wird eine sich kreuz und quer ausgesteifte Fachwerkstruktur erzeugt (Bild 3). Die kantigen, flächigen und verstreben­ den Bereiche sowie die planparallel verlaufenden Gurtflächen ergeben eine steife Fachwerk­ struktur. Die Verwendung von 6- oder 8-eckigen Höckergrundformen (wie in der DE 199 44 662 A1) ist besonders geeignet, da hier ein hoher Kontaktflächenanteil vorhanden ist und ebene, auf beiden Seiten durchlaufende Gurtstrukturen erzeugen werden (Bild 1 und 4). Sie stützen die Deckbleche gleichmäßig und kontinuierlich über die Rasterform ab und verhin­ dern damit ein Beulen und Knicken der Deckbleche. Nach Verbindung der Überlappungsstel­ len (Kontaktflächen) durch die bekannten Fügetechniken wird das steife Gesamtbauteil er­ zeugt. Die Größe dieser Kontaktflächen kann auf die zu erzielende Bauteilsteifigkeit sowie auf die Festigkeit des Verbundmaterials angepaßt werden. Die hiermit geschaffene Struktur hat eine über mehrere Achsen lasttragende Eigenschaft analog zu einem räumlichen Fachwerk.

Im Gegensatz zu der DE 199 44 662 A1, die sich durch geschlossene Hohlräume auszeichnet, kann die hier beschriebene Struktur durch die fehlenden Kontaktflächen zwischen den Sicken- Tiefflächen und dem Gegenformbauteil, von Medien durchströmt werden (Bild 2, (4)), womit sich auch Einsatzgebiete im Bereich der Wärmetauscher ergeben.

Der verkleinerte Kontaktflächenbereich der ineinander verzahnten Höcker bedingt einen wei­ teren Vorteil in Bezug auf die Wärmedämmung. Ein direkter Wärmeaustausch durch die aus­ gesteifte Plattenkonstruktion kann nur noch über diese Stellen erfolgen; alle anderen Bereiche sind doppelwandig über einem Zwischenraum ausgeführt. Mit der Verwendung zusätzlicher Deckbleche sind diese Bereiche mit geschlossenen Luftpolstern umgeben und die Wärme energie kann nur noch über die innen liegende Bleche des Sandwichs übertragen werden.

Wird der Zwischenraum durch Verbundmaterial (Kernfüllung eines Sandwichs) vollständig oder teilweise gefüllt, ergibt sich ein ausgesteifte Plattenkonstruktion in der Bauart eines sickenge­ prägten Sandwichs nach Patentanspruch 7, welches wiederum als Kern eines dem Stand der Technik entsprechenden Sandwichs eingesetzt werden kann.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind im Bereich der Schalldämmung zu sehen. Durch die spezielle Wahl eines viskos-elastischen Klebstoffes kann eine dämpfende Wirkung der ausgesteiften Plattenstruktur erzeugt werden.

Als Materialien für die Formbauteile sind Bleche aus Metall, tiefziehfähigem Kunststoff, Zell­ stoffe, Papier sowie faserverstärkte Materialien (Laminate sowie Spritzgußmaterial) einsetzbar. Die Herstellung der Formbauteile erfolgt vorteilhaft durch Matrizen, zwischen denen die Bleche oder die Kunststoffe tiefgezogen, die Laminate eingelegt oder das Spritzgußmaterial eingebracht wird und aushärten kann. Die Formbauteile bieten darüber hinaus die Möglich­ keit, hochbeanspruchte Zonen (z. B. Gurtflächen) durch zusätzliche Einlagen zu verstärken.

Die Verbindung der beiden Formbauteile in ihren überlappenden Kontaktbereichen an den Seitenflächen der Höcker geschieht nach Patentanspruch 8, je nach Einsatzzweck und Anfor­ derungsprofil, durch Kleben, Löten, Punktschweißen und verschiedenste Niet-Techniken (z. B. Clinchen). Die Kontaktflächen sind von beiden Seiten erreichbar und können damit zur Klam­ merung und Gegenankerung für Niet-Techniken verwendet werden.

Die Einsatzgebiete erstrecken sich auf ein weites Gebiet, wo Leichtbau und hohe Steifigkeit gefordert sind. Darunter fallen z. B. Bereiche aus dem Transport- und Verkehrsgewerbe, der Verpackungsindustrie, dem Möbelbau und der Bauindustrie.

Erläuterung der Figuren

Fig. 1 zeigt die Anordnung der beiden Formbauteile am Beispiel einer Höckergeometrie aus Achtecken in der Tieffläche und der Öffnungsfläche (auf dem Niveau der Gurtflächen) der Sic­ ken. Die schraffierten Flächen 2 und 3 markieren die eben verlaufenden Gurtflächen der bei­ den Formbauteile. Jeder dieser Höcker liegt mit Teilbereichen seiner Seitenflächen 6 mit den gegenüberliegenden, umgrenzenden (korrespondierenden) Höckern über die Flächenbereiche 1 im Kontakt, wo die Formbauteile durch die benannten Fügetechniken verbunden sind. Die Sickentieffläche 5 vom oberen Bauteil und die Sickentieffläche 7 vom unteren Bauteil sind durch den Zwischenraum 4 getrennt, der durchströmt werden kann oder durch vollständige oder teilweise Füllung mit Verbundmaterial hier ein lokales Sandwich bildet. Diese letzte Vari­ ante versteift den Zwischenraum 4 und bildet damit eine weitere Steifigkeitserhöhung (ausge­ steifte Plattenkonstruktion mit Zwischenraumfüllung als verstrebter Kern eines Sandwichs mit planen Deckblechen).

Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit unterschiedlichen Grundformen. Während die Tieffläche der Sicke als Viereck 2 ausgebildet ist, wird die Öffnungsfläche als Achteck 3 ausgeführt. Auch in dieser Variante bildet sich ein plan anliegender Kontaktbereich 1, der zum Fügen verwendet wird. Die achteckige Öffnungsfläche des Höckers erzeugt eine orthogonale Gurtstruktur.

Im Fig. 3 wird die Möglichkeit aufgezeigt, durch zusätzliche Fasen 1 die Höckerform zu vari­ ieren, womit die Herstellung verbessert wird. Die Höckerseitenflächen des ersten Formbauteils 2 liegen in dieser Fasenfläche 1 im Kontakt mit den umgebenden, korrespondierenden Höckern des zweiten Formbauteils 3.

Fig. 4 zeigt eine Ausbildung einer sechseckigen Höckergrundform. Es entsteht eine dreieck­ förmige Gurtflächenstruktur 1 und 2. Jeder Höcker liegt in einer Verzahnung, die aus drei an­ liegenden Kontaktflächen 3 der umgrenzenden Höcker der jeweils anderen Seite gebildet wird.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante aus sechseckigen Grundformen. Die Grundformen der Tieffläche und der Öffnungsfläche müssen nicht affin ausgebildet werden. Punkt 1 zeigt die Kontaktflächen dieser Variante.

Fig. 6 zeigt eine Variation aus einer viereckigen Sickentieffläche mit einer achteckigen Öff­ nungsfläche, woraus eine orthogonale Gurtstruktur entsteht. Punkt 1 zeigt die Kontaktflächen dieser Variante.

Fig. 7 zeigt analog zu Fig. 6 eine Variation aus einer dreieckigen Sickentieffläche mit einer sechseckigen Öffnungsfläche, woraus eine dreieckige Gurtstruktur entsteht. Punkt 1 zeigt die Kontaktflächen dieser Variante.

Claims (10)

1. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus zwei gegeneinander um 180 Grad gedreht und ver­ setzt zusammengesetzten flächigen Formbauteilen mit aus Vielecken gebildeten Höckern, wobei die Formbauteile durch Verzahnung der Höcker Kontaktflächen ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktflächen ausschließlich an Teilbereichen der Seitenflächen eines jeden Höckers ausgebildet sind.

2. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsformen der Sicken aus Sechsecken bestehen, woraus sich eine dreiecksförmige Gurtstruktur ergibt.

3. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsformen der Sicken aus Achtecken bestehen, woraus sich eine orthogonale Gurtstruktur ergibt.

4. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch geringfügige, durch Fasen, Abrunden der Höcker­ kanten od. dgl. gebildete Modifikationen der Höckerform.

5. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere dieser ausgesteiften Plattenkon­ struktionen übereinander im Verbund verwendet werden.

6. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb und unterhalb der aus den Form­ bauteilen gebildeten ausgesteiften Konstruktion, Deckschichten angebunden sind.

7. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum der beiden Formbauteile mit einer vollständigen oder teilweisen Füllung mit Verbundmaterial versehen wird, womit ein fachwerkartiges Sandwich entsteht.

8. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentan­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum der beiden Formbauteile von Medien durchströmt wird.

9. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorherge­ henden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch zusätzli­ che Einlagen in den statisch hochbeanspruchten Bereichen verstärkt sind.

10. Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorherge­ henden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch Kleben, Schweißen, Nieten oder Löten gefügt werden.