DE102009005869A1 - Expandierbarer Wabenkern und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen expandierbaren Wabenkern, bestehend aus einzelnen aufeinander gelegten Streifen beliebiger Breite aus Papier, Kunststoff, Aluminium o. dgl., welche durch abwechselnd folgende doppelte (1) und einfache Stege (2) so untereinander verbunden sind, dass beim Auseinanderziehen eine wabenartige Struktur entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die einfachen Stege (2) Sollknicklinien (3) aufweisen, und der Wabenkern bei Umformung in Quer- und/oder Längsrichtung an den Sollknicklinien (3) der einfachen Stege (2) der Umformung entsprechende Faltungen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen expandierbaren Wabenkern, bestehend aus einzelnen aufeinander gelegten Streifen beliebiger Breite aus Papier, Kunststoff, Aluminium o. dgl., welche durch abwechselnd folgende doppelte und einfache Stege so untereinander verbunden sind, dass beim Auseinanderziehen eine wabenartige Struktur entsteht sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Mit dem erfindungsgemäßen expandierbaren Wabenkern lassen sich in Quer- und/oder Längsrichtung 2- oder 3-dimensional formbare Sandwichverbunde herstellen.
  • Sandwichverbunde bestehen im Allgemeinen aus einer leichten Kernlage und zwei festeren Deckschichten, die beidseitig auf die Kernlage aufgebracht die Festigkeit im Verbund erzeugen. Im Verhältnis zu den Decklagen weisen Kerne mit Hohlraumstruktur in der Regel eine deutlich geringere Dichte auf.
  • Sandwichverbunde der hier zur Diskussion stehenden Art können als Platte (eindimensionale Form), als Schale (zweidimensionale Form) oder als dreidimensional geformtes Bauteil ausgeführt werden. Speziell zwei- und dreidimensional geformte Bauteile werden zunehmend in Branchen wie beispielsweise dem Flugzeugbau, Automobilbau, Caravanbau, Schiffs- und Bootsbau, aber auch im Möbel- und Messebau sowie im immobilen Innenausbau eingesetzt. Die dünnwandigen Decklagen bestehen dabei zumeist aus entsprechend verformbaren Kunststoff-, Metall-, Holz(-werkstoff) oder (Natur-)Faserdecklagen geringer Wandstärke, die schubfest auf den Außenseiten der Kernlage aufgebracht sind.
  • Eine spezielle Variante der Kernstruktur sind hexagonal geformte Wabenkerne aus Papier oder Aluminium. Diese Wabenstruktur entsteht durch das Expandieren entsprechend miteinander verbundener Steglagen. Die wabenartige Struktur, welche die Festigkeit des Sandwichverbundes erhöht, weist – bezogen auf das Volumen – in der Regel eine wesentlich niedrigere Dichte als die Decklagen auf. Vorteile der Wabenstruktur sind neben der enormen Gewichtseinsparung der Bauteile auch der reduzierte Rohstoffverbrauch, die kostengünstige Herstellung und günstige Entsorgungsparameter.
  • Ein solcher Wabenkern der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS Nr. 133165 bekannt. Der dort als Papiernetz bezeichnete Wabenkern besteht aus einzelnen aufeinander gelegten Papierstreifen beliebiger Breite, welche wechselweise so untereinander verbunden sind, dass beim Auseinanderziehen ein Papiernetz entsteht.
  • Dreidimensional geformte Sandwichbauteile mit expandierten Wabenkernen können bisher nur unvollkommen hergestellt werden. Herkömmliche expandierbare Wabenkerne sind überwiegend nur zweidimensional formbar und erlauben die Herstellung zweidimensional geformter Bauteile. Bei sehr dünnen Bauteilen wird zur Herstellung von dreidimensional geformten Bauteilen teilweise auch bewusst das unkontrollierbare Einknicken oder Einreißen von Stegen der Wabenstrukturen in Kauf genommen, um dreidimensionale Strukturen erzeugen zu können. Dies bewirkt in der Regel eine deutliche Reduktion der mechanischen Festigkeitswerte der erzeugten Bauteile. Eine Alternative ist die zusätzliche Verwendung von Schäumen, vorwiegend auf Erdölbasis (z. B. Polyurethanschäume) als Kernlage dreidimensional geformter Sandwichelemente.
  • Das Einknicken oder Einreißen von Stegen der Wabenstrukturen an Stellen mit entsprechenden Umformradien bewirkt, insbesondere bei sehr dünnen Bauteilen, eine deutliche Reduktion der mechanischen Festigkeitswerte der erzeugten Bauteile. Dieser Effekt kann durch die Verwendung der neuartigen 3-d-Expansionswabe vermieden bzw. deutlich reduziert werden. Die alternative Verwendung von Schäumen auf Erdölbasis (z. B. Polyurethanschäume) als Kernlage dreidimensional geformter Sandwichelemente bedeutet auch einen kostenintensiveren und umweltschädigenden Herstellungsprozess sowie ein Recyclingproblem.
  • Aus der US 4,981,744 ist zwar bereits eine expandierbare Wabenstruktur bekannt, die bezogen auf die Orientierung der Waben in Quer- und Längsrichtung ohne Beschädigung des Materials verformbar sein soll. Allerdings wird die Formbarkeit durch kegelstumpfförmig ausgeführte Klebestellen erreicht, was einen besonderen Aufwand bei der Herstellung des expandierbaren Wabenkernes erfordert.
  • Darüber hinaus sind Wabenkerne bekannt, die eine dreidimensionale Umformbarkeit durch gewellte Wabenstege zulassen. Diese Wabekerne sind allerdings mit den bekannten Herstellungsverfahren für expandierbare Wabenkerne nicht herstellbar und können nur direkt in expandierter Form erzeugt werden, wie es für allgemein vorgewellte Kerne, beispielsweise aus Patentschrift US 2.609.315 bekannt ist. Damit entfällt für diese Kerne der Vorteil des platz- und kostensparenden Transportes zum Verarbeiter, der die Wabenkerne erst direkt am Ort der Weiterverarbeitung expandiert und zu Produkten (2- oder 3dimensional geformte Bauteile) verarbeiten kann.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen expandierbaren Wabenkern und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, der in Quer- und/oder Längsrichtung ohne Beschädigung des Materials formbar ist und auf einfache Weise hergestellt werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen expandierbaren Wabenkern mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den im Anspruch 6 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Varianten des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
  • Ein expandierbarer Wabenkern besteht aus einzelnen aufeinander gelegten Streifen beliebiger Breite, welche durch abwechselnd folgende doppelte und einfache Stege so untereinander verbunden sind, dass beim Auseinanderziehen eine wabenartige Struktur entsteht. Erfindungsgemäß weisen die einfachen Stege durch Falzen, Prägen o. dgl. eingebrachte Sollknicklinien auf, so dass der in Quer- und Längsrichtung geformte Wabenkern an den Sollknicklinien entsprechend eingefaltet ist. Der Wabenkern wird wie üblich durch die Verklebung von Streifenabschnitten im Bereich der sogenannten doppelten Stege hergestellt. Die unverklebten Abschnitte bilden die besagten einfachen Stege.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird es erstmals möglich, mit herkömmlichen Herstellungsprozessen für expandierbare Wabenkerne durch das unkomplizierte Hinzufügen eines einzigen Verfahrensschrittes (das Erzeugen von „Sollknicklinien” auf den freien Stegen durch Prägen oder ein ähnliches Verfahren, Bsp.: Prägewalzen) zwei- und dreidimensional formbare Wabenkerne herzustellen. Das Erzeugen der Sollknicklinien auf den freien Stegen kann kontinuierlich vor, während oder nach dem Klebstoffauftrag zur Verklebung der Papierstreifen erfolgen.
  • Vorteilhaft werden auf den nicht zur Verbindung vorgesehenen Abschnitten, auf den sogenannten einfache Stegen, durch Falzung, Prägung, Perforation, Dünnung o. dgl. senkrechte bis diagonale Sollknicklinien erzeugt, wobei die diagonalen Linien an der oberen, unteren oder an der rechten, linken Seite des einfachen Steges beginnen oder enden und die Anzahl und die Ausrichtung der Sollknicklinien variabel ist. Dadurch ist eine Vielzahl an Mustern mit Sollknicklinien möglich.
  • Besonders vorteilhaft werden quer zu den Streifen aus Papier, Kunststoff, Aluminium o. dgl. verlaufende Sollknicklinien erzeugt, die zwei x-förmig Linien bilden und zusätzlich durch eine senkrecht verlaufende Linie geschnitten werden.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die eingebrachten Sollknicklinien bei der Sandwichherstellung, d. h. beim Verkleben von Kern und Decklagen durch Verpressen eine dreidimensionale Formgebung möglich wird, ohne dass weder die doppelten noch die einfachen Stege Einknicken oder zerreißen. Die Falze markieren Sollknicklinien, die während des Verformungsprozesses im Bedarfsfall definiert einknicken bzw. falten und so die günstige Umformung des Kernes ermöglichen. Dadurch können auch für dreidimensional geformte Bauteile die guten mechanischen Festigkeitswerte der ein- oder zweidimensional geformten Bauteile weitgehend erreicht werden. Auf die alternative Verwendung von Schäumen auf Erdölbasis (z. B. Polyurethanschäume) als Kernlage dreidimensional geformter Sandwichelemente kann somit für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen verzichtet werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein expandierter Wabenkern in 3-D-Ansicht (mit Darstellung der Formbarkeit in Quer- und Längsrichtung)
  • 2 ein expandierter Wabenkern in 3-D-Ansicht mit hervorgehobener Frontansicht
  • 3 eine mit 2 korrespondierender Frontansicht
  • 4 eine erste Variante zur Anordnung von Sollknicklinien
  • 5 eine zweite Variante zur Anordnung von Sollknicklinien
  • 6 eine dritte Variante zur Anordnung von Sollknicklinien
  • 7 eine vierte Variante zur Anordnung von Sollknicklinien
  • In der 1 ist ein expandierter Wabenkern in 3-D-Ansicht mit Darstellung der Formbarkeit in Quer- und Längsrichtung dargestellt. Die doppelten Stege stellen die Verbindung der nebeneinander liegenden Streifen dar. In jeder Richtung folgt einem doppelten Steg ein einfacher Steg. Gemäß der Erfindung sind die einfachen Stege mit Sollknicklinien versehen, die im gezeigten Zustand nicht eingefaltet sind.
  • Dargestellt sind in 1 die Verformungsrichtungen, die durch die eingebrachten Sollknicklinien zerstörungsfrei möglich sind. Dies ist zum Einen die Formbarkeit quer zum Verlauf der doppelten Stege und zum Anderen die Formbarkeit längs zum Verlauf der doppelten Stege. Bei einer eingestellten Verformung falten die einfachen Stege, weitestgehend ohne Verlust der Tragfähigkeit der Wabenstruktur.
  • In der 2 ist ein expandierter Wabenkern in 3-D-Ansicht mit hervorgehobener Frontansicht und eine dazu korrespondierende Draufsicht auf einen einzelnen Streifen (3) dargestellt. Die doppelten Stege 1 weisen keine Sollknicklinien auf. Die einfachen Stege 2 sind mit Sollknicklinien versehen.
  • Aus der Ansicht des Streifens in 3 ist ein beispielhafter Verlauf von Sollknicklinien zu entnehmen. Danach verlaufen über einen einfachen Steg 2 zwei Linien x-förmig, die durch eine zu diesen senkrecht verlaufende Linie geschnitten werden.
  • In 4 bis 7 sind weitere beispielhafte Anordnung von Sollknicklinien im Bereich der einfachen Stege dargestellt. Die Anzahl der Sollknicklinien 3 und deren Verlauf zu den Begrenzungslinien 4 eines einfachen Steges ist bei den einzelnen Varianten unterschiedlich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 133165 [0005]
    • - US 4981744 [0008]
    • - US 2609315 [0009]

Claims (8)

  1. Expandierbarer Wabenkern, bestehend aus einzelnen aufeinander gelegten Streifen beliebiger Breite aus Papier, Kunststoff, Aluminium o. dgl., welche durch abwechselnd folgende doppelte (1) und einfache Stege (2) so untereinander verbunden sind, dass beim Auseinanderziehen eine wabenartige Struktur entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass die einfachen Stege (2) Sollknicklinien (3) aufweisen, und der Wabenkern bei Umformung in Quer- und/oder Längsrichtung an den Sollknicklinien (3) der einfachen Stege (2) der Umformung entsprechende Faltungen aufweist.
  2. Expandierbarer Wabenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollknicklinien (3) in die einfachen Stegen (2) durch Falzung, Prägung, Perforation, Dünnung o. dgl. eingebracht sind.
  3. Expandierbarer Wabenkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollknicklinien (3) einen von der Horizontalen abweichenden Verlauf einnehmen und einen beliebigen Start- und Zielpunkt an den Begrenzungslinien (4) eines einfachen Steges (2) aufweisen.
  4. Expandierbarer Wabenkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollknicklinien (3) zwei x-förmig verlaufende Geraden sind, die durch eine senkrecht verlaufende Gerade geschnitten werden.
  5. Expandierbarer Wabenkern nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungslinien (4) zu den angrenzenden doppelten Stegen (1) zusätzlich als Sollknicklinien (3) ausgebildet sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines expandirbaren Wabenkerns, bei dem Papier, Kunststoff, Aluminium o. dgl. Zugeführt wird, Streifen gebildet werden, vor oder nach der Streifenbildung die Beleimung des Materials erfolgt, und ein Wabenkern durch Zusammenführen der beleimten Streifen gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Sollknicklinien (3) in einem zusätzlichen Arbeitsschritt vor dem Zusammenführen der beleimten Streifen zu einem Wabenkern erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen der Sollknicklinien (3) vor oder nach der Streifenbildung und vor oder nach dem Klebstoffauftrag erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zum Einbringen der Sollknicklinien (3) im Bereich der einfachen Stege (2) gefalzt, geprägt, geschwächt oder perforiert wird.
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