DE102009018131A1

DE102009018131A1 - Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements und Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements

Info

Publication number: DE102009018131A1
Application number: DE102009018131A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kopp; Roland Schöll; Horst E. Prof. Friedrich; Jan Kuppinger; Frank Dr. Henning
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-15
Also published as: DE102009018131B4; DE102009018131B8

Abstract

Um ein Verfahren bereitzustellen, welches eine einfache und kostengünstige Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf eine Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements.
Die aus dem Stand der Technik bekannten dreidimensionalen Strukturelemente werden zumeist sehr aufwendig mit einer Vielzahl von Fertigungsschritten hergestellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements bereitzustellen, welches eine einfache und somit kostengünstige Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei dem Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf eine Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird.
Dadurch, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf eine Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird, kann die Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements kostengünstiger erfolgen. Ferner ergibt sich dadurch bereits beim Einbringen des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements in eine Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements eine Formanpassung, sodass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements für die weitere Bearbeitung weder gedehnt, gestreckt noch geschnitten werden muss.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Formgebungselement der Formgebungseinrichtung so bewegt wird, dass die Herstellung und/oder die Bearbeitung des dreidimensionalen Strukturelements in einem kontinuierlichen Prozess möglich ist. Auf diese Weise kann ein dreidimensionales Strukturelement in einem automatisierten, kontinuierlichen Prozess hergestellt werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Formgebungselement der Formgebungseinrichtung so bewegt wird, dass das dreidimensionale Strukturelement ohne Umkehr in einer Bewegungsrichtung des dreidimensionalen Strukturelements, welche vorzugsweise eine Fertigungsrichtung des dreidimensionalen Strukturelements bildet, hergestellt und/oder bearbeitet werden kann. Dadurch ist insbesondere die Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements mit einer in der Fertigungsrichtung unbegrenzten Länge möglich.
Günstig ist es, wenn mindestens zwei Formgebungselemente in einer Fertigungsrichtung des dreidimensionalen Strukturelements aneinander vorbei bewegt werden. Auf diese Weise kann ein zur Herstellung des dreidimensionalen Strukturelements in einer Fertigungsrichtung des dreidimensionalen Strukturelements bewegtes Formgebungselement nach Abschluss eines Herstellungsschrittes zurück in eine Ausgangsposition gebracht werden, um den mittels des Formgebungselements durchzuführenden Fertigungsschritt erneut durchzuführen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass mehrere Formgebungselemente für denselben Herstellungsschritt zur Herstellung des dreidimensionalen Strukturelements vorgesehen sind. Die Formgebungselemente werden dann vorzugsweise so bewegt, dass jeweils mindestens ein Formgebungselement von einer ersten Stelle, an welcher ein Fertigungsschritt des dreidimensionalen Strukturelements beginnt, in der Fertigungsrichtung bis zu einer zweiten Stelle gebracht wird, an welcher der mittels des jeweiligen Formgebungselements durchzuführende Fertigungsschritt beendet ist. Anschließend wird das mindestens eine an der zweiten Stelle befindliche Formgebungselement entgegen der Fertigungsrichtung zurück zu der ersten Stelle gebracht, während im Wesentlichen zeitgleich mittels weiterer Formgebungselemente derselbe Herstellungsschritt zur Herstellung des dreidimensionalen Strukturelements durchgeführt wird und diese Formgebungselemente in der Fertigungsrichtung von der ersten Stelle zu der zweiten Stelle bewegt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass vor einem Besprühen der Formgebungselemente mit dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf die Formgebungseinrichtung ein Trennmittel, insbesondere Wachs, aufgebracht wird.
Günstig ist es, wenn der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf eine Formwalze der Formgebungseinrichtung gesprüht wird.
Günstig ist es ferner, wenn der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf ein Walzenband der Formgebungseinrichtung gesprüht wird.
Eine besonders einfache Formgebung des dreidimensionalen Strukturelements ist insbesondere dann möglich, wenn der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf eine Negativform des dreidimensionalen Strukturelements, insbesondere auf eine Negativform einer Unterseite des dreidimensionalen Strukturelements, gesprüht wird.
Zur Verfestigung des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements kann vorgesehen sein, dass der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff mittels einer Presseinrichtung gepresst wird.
Um ein Anhaften des Werkstoffes des dreidimensionalen Strukturelements an der Presseinrichtung zu vermeiden, kann vorgesehen sein, dass die Presseinrichtung vor einem Pressvorgang mit einem Trennmittel, beispielsweise Wachs, beaufschlagt wird.
Vorzugsweise wird der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff mittels einer Presswalze der Presseinrichtung gepresst.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff mittels eines Walzenbandes der Presseinrichtung gepresst wird.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Presseinrichtung als eine Negativform des dreidimensionalen Strukturelements ausgebildet ist.
Insbesondere zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements mit Wänden mit dünner Wandstärke, beispielsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, kann jedoch vorgesehen sein, dass der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff mittels einer Positivform des dreidimensionalen Strukturelements, insbesondere einer Positivform der Unterseite des dreidimensionalen Strukturelements, gepresst wird.
Die Positivform des dreidimensionalen Strukturelements ist dabei vorzugsweise an der Presseinrichtung angeordnet.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements zwischen einer an der Formgebungseinrichtung angeordneten Negativform des dreidimensionalen Strukturelements und einer an der Presseinrichtung angeordneten Positivform des dreidimensionalen Strukturelements angeordnet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff erwärmt, insbesondere erhitzt, wird.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass ein pulverförmiger Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements zumindest teilweise verflüssigt wird.
Günstig ist es, wenn eine Sprühvorrichtung, mittels welcher der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird, relativ zu der Formgebungseinrichtung bewegt wird. Auf diese Weise ist insbesondere ein gleichmäßiger Auftrag des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements auf die Formgebungseinrichtung möglich.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein vernetzendes und/oder ein trocknendes Kunststoffmaterial, gewählt wird.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements ein duroplastisches, ein thermoplastisches oder ein elastomeres Material gewählt wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements ein Klebstoff oder ein Harz gewählt wird.
Zur zusätzlichen Verstärkung des dreidimensionalen Strukturelements und/oder zur Kostenreduktion kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements Fasern und/oder Füllstoffe umfasst und/oder dass dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements Fasern und/oder Füllstoffe beigemischt werden.
Als Fasern können insbesondere Kohlenstoff-, Glas- und/oder Naturfasern und/oder kunststoffbasierte und/oder mineralische Fasern und/oder Basalt gewählt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements vor dem Sprühen des Werkstoffes auf die Formgebungseinrichtung Fasern beigemischt werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass auf mindestens einen Teil der Formgebungseinrichtung vor oder nach dem Besprühen mit dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements Lang- und/oder Endlosfasern aufgebracht werden.
Ferner kann vorgesehen sein, das Lang- und/oder Endlosfasern zwischen zwei Sprühvorgängen auf mindestens einen Teil der Formgebungseinrichtung aufgebracht werden.
Insbesondere dann, wenn zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Kurzfasern gewählt werden, können die Fasern separat von dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements oder zusammen mit dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht werden.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Naturfasern, insbesondere Cellulose- bzw. Holzfasern oder Holzstaub, gewählt werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Glasfasern gewählt werden.
Vorteilhaft ist, wenn der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements zumindest teilweise pulverförmig auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Anpassung des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements an die Form der Formgebungseinrichtung möglich.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements zumindest teilweise flüssig auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements gesprüht wird. Auch auf diese Weise kann eine besonders einfache Anpassung des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements an die Form der Formgebungseinrichtung gewährleistet werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem dreidimensionalen Strukturelement mindestens eine Deckschicht angeordnet wird.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die mindestens eine Deckschicht nach einem Pressvorgang des auf die Formgebungseinrichtung gesprühten Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements an dem dreidimensionalen Strukturelement angeordnet wird.
Vorzugsweise werden zwei Deckschichten an dem dreidimensionalen Strukturelement angeordnet, sodass ein Sandwichelement, bei welchem das dreidimensionale Strukturelement vorzugsweise den Sandwichkern bildet, hergestellt wird.
Einerseits kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Deckschicht aufgeklebt wird.
Andererseits kann vorgesehen sein, dass die Deckschicht aufgesprüht wird.
Die Deckschicht wird vorzugsweise an das dreidimensionale Strukturelement angepresst, um einen festen Halt der Deckschicht an dem dreidimensionalen Strukturelement zu gewährleisten.
Hierzu kann insbesondere eine Druckwalze vorgesehen sein, mittels der die Deckschicht an das dreidimensionale Strukturelement angepresst wird.
Günstig ist es, wenn vor dem Anordnen der Deckschicht mindestens eine Zwischenschicht an dem dreidimensionalen Strukturelement angeordnet wird.
Eine solche Zwischenschicht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Deckschicht mittels einer Sprühvorrichtung auf das dreidimensionale Strukturelement aufgesprüht wird, wobei die Zwischenschicht dann vorzugsweise bessere mechanische Eigenschaften ermöglicht und/oder verhindert, dass der Werkstoff der Deckschicht in Vertiefungen des dreidimensionalen Strukturelements eindringt und dieselben auffüllt.
Als Material der mindestens einen Zwischenschicht wird vorzugsweise ein Vlies gewählt.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements bereitzustellen, welche eine einfache und kostengünstige Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens eine Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements und mindestens eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Formgebungseinrichtung mit einem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements umfasst.
Dadurch, dass die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements mindestens eine Sprühvorrichtung zum Besprühen der Formgebungseinrichtung mit einem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements umfasst, ist eine einfache und kostengünstige Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements möglich, wobei insbesondere zur Anpassung des dreidimensionalen Strukturelements an die Form der Formgebungseinrichtung der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements weder gedehnt, gestreckt noch geschnitten werden muss.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements weist vorzugsweise die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements aufgeführten Merkmale und Vorteile auf.
Insbesondere kann bei einer Ausgestaltung der Vorrichtung vorgesehen sein, dass die Formgebungseinrichtung mindestens zwei Formgebungselemente umfasst, welche in einer Fertigungsrichtung des dreidimensionalen Strukturelements aneinander vorbei bewegbar sind.
Günstig ist es, wenn die Formgebungseinrichtung als eine Formwalze ausgebildet ist.
Günstig ist es ferner, wenn die Formgebungseinrichtung als ein Walzenband ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Formgebungseinrichtung eine Negativform für das dreidimensionale Strukturelement.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Presseinrichtung umfasst. Auf diese Weise kann der auf die Formgebungseinrichtung gesprühte Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements besonders einfach verfestigt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Presseinrichtung mindestens zwei Presselemente umfasst, die in einer Fertigungsrichtung aneinander vorbei bewegbar sind.
Günstig ist es, wenn die Presseinrichtung als eine Presswalze ausgebildet ist.
Günstig ist es ferner, wenn die Presseinrichtung als ein Walzenband ausgebildet ist.
Insbesondere dann, wenn mittels der Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements ein dreidimensionales Strukturelement mit Wänden mit geringer Wandstärke herstellbar sein soll, kann vorgesehen sein, dass die Presseinrichtung eine Positivform für das dreidimensionale Strukturelement umfasst, welche vorzugsweise im Wesentlichen komplementär zu der Negativform der Formgebungseinrichtung ausgebildet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sprühvorrichtung mindestens einen Sprühkopf umfasst, welcher relativ zu dem mindestens einen Formgebungselement beweglich ist. Auf diese Weise kann ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements besonders gleichmäßig auf die Formgebungseinrichtung gesprüht werden.
Eine besonders hohe Beweglichkeit des Sprühkopfes der Sprühvorrichtung ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Sprühvorrichtung einen Roboterarm umfasst, an welchem der mindestens eine Sprühkopf angeordnet ist.
Vorzugsweise ist mittels der Sprühvorrichtung ein zumindest teilweise pulverförmiger Werkstoff auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements sprühbar.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mittels der Sprühvorrichtung ein zumindest teilweise flüssiger Werkstoff auf die Formgebungseinrichtung zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements sprühbar ist.
Die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements umfasst vorzugsweise eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements. Auf diese Weise kann insbesondere ein zumindest teilweise pulverförmiger Werkstoff verflüssigt werden. Ferner kann mittels der Heizvorrichtung insbesondere bei der Wahl von unter Wärmezufuhr und/oder Energiezufuhr (z. B. Mikrowellen, UV-Strahlung, etc.) aushärtenden Werkstoffen die Aushärtung des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements beschleunigt werden.
Günstig ist es, wenn die Vorrichtung mindestens eine Deckeinrichtung zur Anordnung einer Deckschicht an dem mindestens einen dreidimensionalen Strukturelement umfasst. Auf diese Weise ist insbesondere ein Sandwichelement herstellbar, bei welchem das dreidimensionale Strukturelement vorzugsweise einen Sandwichkern des Sandwichelements bildet.
Eine besonders feste Anordnung der mindestens einen Deckschicht an dem dreidimensionalen Strukturelement ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements mindestens eine Druckeinrichtung zum Anpressen der mindestens einen Deckschicht an das dreidimensionale Strukturelement umfasst.
Die Druckeinrichtung ist dabei vorzugsweise als Druckwalze ausgebildet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements verwendet.
Vorzugsweise ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein dreidimensionales Strukturelement mit beliebiger Struktur und variabler Geometrie durch direktes Formsprühen herstellbar.
Insbesondere sind mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens dünnere Wandstärken als beim Tiefziehen herstellbar, wobei insbesondere bei einer Höhe des Kerns von mindestens 10 mm, keine durch eine Verformung eines Ausgangsmaterials erzeugte Spannung entsteht.
Durch geeignete Wahl der Prozessparameter kann mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise eine in Richtung senkrecht zur Förderrichtung graduell variable Wandstärke und/oder Höhe des dreidimensionalen Strukturelements eingestellt werden.
Durch geeignete Wahl der Geometrie des dreidimensionalen Strukturelements kann verhindert werden, dass sich Kondenswasser in dem dreidimensionalen Strukturelement bildet (”Offene Kerngeometrie”).
Alternativ oder ergänzend hierzu kann eine Drainage in beiden Richtungen vorgesehen werden.
Als Geometrie des dreidimensionalen Strukturelements können auch Oktaeder gewählt werden.
Die Höhe und die Größe des dreidimensionalen Strukturelements können variabel eingestellt werden.
In Zwischenräumen können gegebenenfalls Kabel und/oder Medien geführt werden.
Zur flächigen Verstärkung des dreidimensionalen Strukturelements können ferner Wirrfasermatten aufgebracht werden. Alternativ oder ergänzend hierzu können Wirrfasermatten für die Deckschichten des dreidimensionalen Strukturelements vorgesehen sein.
Durch das Ausdünnen von Schichten oder Aussparen von nicht belasteten Schichten können Materialeinsparungen dort vorgenommen werden, wo eine hohe Materialstärke für die Steifigkeit des dreidimensionalen Strukturelements nicht benötigt wird.
Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Schichten kontinuierlich hintereinander aufgebracht werden.
Ferner können Inserts automatisch eingebracht werden oder auch direkt die Kernstruktur lokal aufgefüllt werden, um Krafteinleitungen zu realisieren, die nicht allein durch die Kernstruktur aufgenommen werden können.
Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Verfahren Höckerwabenstrukturen aus sprühbarem Material herstellbar, wobei die Taktzeiten der Fertigung sehr gering sind und somit die Fertigung kostengünstig erfolgen kann.
Die Geometrie des dreidimensionalen Strukturelements kann variabel gestaltet werden, ohne dass man sich an die Restriktionen beispielsweise eines Tiefziehprozesses halten muss. So können zwei- und gegebenenfalls dreidimensional gekrümmte Strukturen gefertigt werden, ohne dass die Struktur des dreidimensionalen Strukturelements gedehnt, geschnitten oder anderweitig verformt werden muss.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das dreidimensionale Strukturelement unterschiedliche Höhenvariationen beim Pressverfahren in zwei Richtungen und bei einer kontinuierlichen Fertigung zumindest in einer Richtung aufweist. Das dreidimensionale Strukturelement ist dabei zumindest in einer Richtung offen, sodass Wasserdampf oder Wasser aus der Kernstruktur entweichen kann.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten dreidimensionalen Strukturelemente sind beispielsweise für Fahrzeuge (Luft-, Wasser-, Straßen- und/oder Schienenfahrzeuge), im Maschinenbau und/oder der Bauindustrie verwendbar.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
In den Figuren zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer ortsfesten Formgebungseinrichtung und einer in vertikaler Richtung beweglichen Presseinrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements, mit in einer Fertigungsrichtung beweglichen Formgebungselementen einer Formgebungseinrichtung und in Fertigungsrichtung beweglichen Presselementen einer Presseinrichtung;
3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer als Formwalze ausgebildeten Formgebungseinrichtung und einer als Presswalze ausgebildeten Presseinrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer als Walzenband ausgebildeten Formgebungseinrichtung und einer als Walzenband ausgebildeten Presseinrichtung;
5 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer als Formwalze ausgebildeten Formgebungseinrichtung, einer als Presswalze ausgebildeten Presseinrichtung, zwei Deckeinrichtungen zum Anordnen von Deckschichten an dem dreidimensionalen Strukturelement und zwei Druckeinrichtungen zum Anpressen der Deckschicht an das dreidimensionale Strukturelement;
6a eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung und in einer Fertigungsrichtung genommenen, trapezförmigen Querschnitt aufweist;
6b eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung und in der Fertigungsrichtung genommenen, wellenförmigen Querschnitt aufweist;
6c eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche einen in einer vertikalen Richtung und in der Fertigungsrichtung genommenen, rechteckigen Querschnitt aufweist;
6d eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer vierten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements mit einer Grundstruktur, welche einen in einer vertikalen Richtung und in der Fertigungsrichtung genommenen V-förmigen Querschnitt und einen in einer vertikalen Richtung und in einer Richtung senkrecht zur Fertigungsrichtung genommenen, V-förmigen Querschnitt aufweist;
7a eine schematische perspektivische Darstellung des in 6a dargestellten Abschnitts der ersten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, wobei der Abschnitt des dreidimensionalen Strukturelements an seiner Oberseite und an seiner Unterseite jeweils mit einer Deckschicht versehen ist;
7b eine schematische perspektivische Darstellung des in 6b dargestellten Abschnitts der zweiten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, wobei der Abschnitt des dreidimensionalen Strukturelements an seiner Oberseite und an seiner Unterseite jeweils mit einer Deckschicht versehen ist;
7c eine schematische perspektivische Darstellung des in 6c dargestellten Abschnitts der dritten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, wobei der Abschnitt des dreidimensionalen Strukturelements an seiner Oberseite und an seiner Unterseite jeweils mit einer Deckschicht versehen ist;
7d eine schematische perspektivische Darstellung des in 6d dargestellten Abschnitts der vierten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, wobei der Abschnitt des dreidimensionalen Strukturelements an seiner Oberseite und an seiner Unterseite jeweils mit einer Deckschicht versehen ist;
8a eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer fünften Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit hexagonalen Deckflächen umfasst, wobei ein zentraler Pyramidenstumpf aus einer horizontalen, durch die Grundflächen der Pyramidenstümpfe definierten Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements nach oben heraussteht und von sechs Pyramidenstümpfen umgeben ist, die nach unten aus der Mittelebene hervorstehen;
8b eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer sechsten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Mehrzahl von in einem quadratischen Muster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit quadratischer Deckfläche umfasst, wobei ein zentraler Pyramidenstumpf aus einer durch die Grundfläche der Pyramidenstümpfe definierten Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements nach oben hervorsteht und in diagonaler Richtung von vier ebenfalls aus der Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements nach oben hervorstehenden identischen, hohlen Pyramidenstümpfen umgeben ist, wobei jeweils zwischen den aus der Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements nach oben hervorstehenden Pyramidenstümpfen aus der Mittelebene nach unten hervorstehende hohle Pyramidenstümpfe mit ebenfalls quadratischer Deckfläche angeordnet sind;
8c eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer siebten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit sechseckiger Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so ausgerichtet sind, dass sie sich in Schwerkraftrichtung verjüngen;
8d eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer achten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von hohlen, in einem quadratischen Muster angeordneten Pyramidenstümpfen mit einer quadratischen Deckfläche umfasst, welche so angeordnet sind, dass sie sich in Schwerkraftrichtung verjüngen;
8e eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer neunten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Mehrzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit hexagonaler Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so angeordnet sind, dass sie sich entgegen der Schwerkraftrichtung verjüngen; und
8f eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer zehnten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem quadratischen Muster angeordneten, hohlen Pyramidenstümpfen mit quadratischer Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so angeordnet sind, dass sie sich entgegen der Schwerkraftrichtung verjüngen.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine in 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements (nachfolgend ”Produktionsvorrichtung” 100 genannt) umfasst eine Formgebungseinrichtung 102, eine Sprühvorrichtung 104 und eine Presseinrichtung 106.
Die Produktionsvorrichtung 100 dient insbesondere zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements 108, welches beispielsweise als Kern für ein Sandwichelement verwendet werden kann.
In einer (noch zu beschreibenden) Weiterbildung der Produktionsvorrichtung 100 umfasst die Produktionsvorrichtung hierzu Deckeinrichtungen, mittels welchen an dem dreidimensionalen Strukturelement 108 Deckschichten angeordnet werden, sodass mit der Produktionsvorrichtung 100 nicht nur das dreidimensionale Strukturelement 108, sondern ein vollständiges Sandwichelement hergestellt werden kann.
Die Formgebungseinrichtung 102 der Produktionsvorrichtung 100 umfasst ein Formgebungselement 110, dessen Oberfläche 112 so geformt ist, dass das Formgebungselement 110 eine Negativform 114 für das dreidimensionale Strukturelement 108 bildet. Insbesondere weist das Formgebungselement 110 ein vorzugsweise höhenvariables und gekrümmtes Höckerkernprofil auf.
Mittels der Sprühvorrichtung 104, welche einen Sprühkopf 116 umfasst, der an einem beweglichen Arm, beispielsweise einem Roboterarm 118, angeordnet ist, ist ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 aufbringbar.
Der mittels der Sprühvorrichtung 104 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 aufgesprühte Werkstoff ist dabei vorzugsweise derjenige Werkstoff, welcher dem dreidimensionalen Strukturelement 108 in fertigen Zustand seine Stabilität verleiht.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das dreidimensionale Strukturelement 108 ausschließlich aus dem mit der Sprühvorrichtung 104 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 aufgesprühten Werkstoff besteht.
Die Sprühvorrichtung 104 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass mit dem Sprühkopf 116 wahlweise zumindest teilweise flüssiger Werkstoff und/oder zumindest teilweise pulverförmiger Werkstoff auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 aufbringbar ist.
Mittels der Presseinrichtung 106 kann der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 gepresst werden.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Formgebungselement 110 eine Negativform 114 einer Unterseite des dreidimensionalen Strukturelements 108 und ein Presselement 120 der Presseinrichtung 106 eine Negativform einer Oberseite des dreidimensionalen Strukturelements 108 bilden.
Insbesondere dann, wenn das dreidimensionale Strukturelement 108 im Wesentlichen ausschließlich aus einer Struktur mit Wänden mit dünner Wandstärke aufgebaut sein soll, kann vorgesehen sein, dass eine dem Formgebungselement 110 zugewandte Oberfläche 122 des Presselements 120 so ausgebildet ist, dass das Presselement 120 eine Positivform 124 des dreidimensionalen Strukturelements 108 bildet. Auf diese Weise ist mittels der Produktionsvorrichtung 100 ein dreidimensionales Strukturelement 108 mit Wänden mit geringer Wandstärke herstellbar, welches folglich ein geringes Gewicht aufweist.
Eine Wandstärke der Wände des dreidimensionalen Strukturelements 108 kann dabei insbesondere dadurch variiert werden, dass bei einem Pressvorgang der Produktionsvorrichtung 100, bei welchem das Presselement 120 der Presseinrichtung 106 einen Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf das Formgebungselement 110 der Formgebungseinrichtung 102 presst, ein vorgegebener Abstand zwischen der Oberfläche 122 des Presselements 120 und der Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 eingehalten wird.
Zur zusätzlichen Verstärkung an bestimmten Stellen des dreidimensionalen Strukturelements 108 kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 und/oder die Oberfläche 122 des Presselements 120 mit Ausnehmungen versehen ist, so dass an den zu verstärkenden Stellen des dreidimensionalen Strukturelements 108 während des Pressvorgangs weniger Werkstoff verdrängt wird und so eine größere Wandstärke erzielt wird.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass nach dem Pressvorgang zur Verstärkung auf die zu verstärkenden Stellen des dreidimensionalen Strukturelements 108 zusätzlich ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 aufbringbar ist.
Die vorstehend beschriebene Produktionsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Zunächst wird auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 und auf die Oberfläche 122 des Presselements 120 eine Trennschicht, beispielsweise Wachs, aufgebracht, sodass das dreidimensionale Strukturelements 108 nach seiner Herstellung einfach von der Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 und der Oberfläche 122 des Presselements 120 gelöst werden kann.
Mittels des Sprühkopfs 116 der Sprühvorrichtung 104 wird dann die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 mit einem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 beaufschlagt.
Als Werkstoff werden hierbei insbesondere ein duroplastisches, ein thermoplastisches oder ein elastomeres Material gewählt. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements 108 ein Klebstoff oder ein Harz ist.
Zur Verstärkung des dreidimensionalen Strukturelements können den vorgenannten Werkstoffen Fasern, insbesondere Kurzfasern, beispielsweise Naturfasern aus Cellulose- bzw. Holzfasern oder Holzstaub, und/oder Füllstoffe (z. B. Kreide, Nanopartikel jeglicher Art, etc.) beigemischt werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Werkstoff ein Polyurethangemisch mit einer Glasfaserverstärkung gewählt wird.
Grundsätzlich können mittels des Sprühkopfes 116 der Sprühvorrichtung 104 pulverförmige und/oder flüssige Werkstoffe des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 aufgebracht werden.
Der Sprühkopf 116 der Sprühvorrichtung 104 wird während des Aufbringens des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf die Oberfläche 112 des Formgebungselements 110 relativ zu dem Formgebungselement 110 bewegt, um einen gleichmäßigen Materialauftrag zu gewährleisten.
Insbesondere bei der Verwendung von pulverförmigem Werkstoff kann dabei vorgesehen sein, dass der Werkstoff mittels einer (nicht dargestellten) Heizvorrichtung verflüssigt wird.
Zur zusätzlichen Verstärkung des dreidimensionalen Strukturelements 108 kann vorgesehen sein, dass vor einem Sprühvorgang mittels der Sprühvorrichtung 104, zwischen zwei Sprühvorgängen mittels der Sprühvorrichtung 104 und/oder nach einem Sprühvorgang mittels der Sprühvorrichtung 104 zumindest auf einen Teil des Formgebungselements 110 der Formgebungseinrichtung 102 eine zusätzliche Verstärkungsstruktur, welche beispielsweise Lang- und/oder Endlosfasern umfasst, aufgebracht wird.
Nach dem Sprühvorgang mittels der Sprühvorrichtung 104 wird der auf dem Formgebungselement 110 angeordnete Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 mittels der Presseinrichtung 106 gepresst.
In Abhängigkeit von der Werkstoffwahl erfolgt eine Verfestigung des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements 108 beispielsweise durch chemische Reaktion oder durch ein Abkühlen des Werkstoffs. Ferner kann eine (nicht dargestellte) Heizvorrichtung zur Aushärtung des Werkstoffes vorgesehen sein.
Sobald das dreidimensionale Strukturelement 108 in seiner endgültigen Form verfestigt ist, kann das dreidimensionale Strukturelement 108 nach dem Entfernen des Presselements 120 der Presseinrichtung 106 von dem Formgebungselement 110 der Formgebungseinrichtung 102 aus dem Formgebungselement 110 der Formgebungseinrichtung 102 manuell oder maschinell entnommen werden.
Zur Herstellung eines Sandwichelements wird das dreidimensionale Strukturelement 108 schließlich mit Deckschichten versehen.
Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Produktionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform dadurch, dass die Formgebungseinrichtung 102 mehrere Formgebungselemente 110 und die Presseinrichtung 106 mehrere Presselemente 120 umfassen.
Sowohl die Formgebungselemente 110 der Formgebungseinrichtung 102 als auch die Presselemente 120 der Presseinrichtung 106 sind dabei zumindest in einer Fertigungsrichtung 126 beweglich ausgebildet.
Dies ermöglicht die Herstellung des dreidimensionalen Strukturelements 108 in einem kontinuierlichen Prozess.
An einer ersten Station 128 der Produktionsvorrichtung 100 sind hierzu die Formgebungselemente 110 der Formgebungseinrichtung 102 mittels des Sprühkopfes 116 der Sprühvorrichtung 104 mit dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 beaufschlagbar.
Mittels einer (nicht dargestellten) Fördereinrichtung sind die mit dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 beaufschlagten Formgebungselemente 110 von der ersten Station 128 in der Fertigungsrichtung 126 zu einer zweiten Station 130 der Produktionsvorrichtung 100 bringbar.
An der zweiten Station 130 ist der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 mittels der Presselemente 120 der Presseinrichtung 106 pressbar. Hierzu sind vorzugsweise mehrere Pressstufen 133 vorgesehen, welche ein variables Pressen des Werkstoffes des dreidimensionalen Strukturelements 108 ermöglichen.
Die Formgebungselemente 110, die Presselemente 120 und der zwischen den Formgebungselementen 110 und den Presselementen 120 an der zweiten Station 130 gepresste Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 sind mittels der (nicht dargestellten) Fördereinrichtung von der zweiten Station 130 zu einer dritten Station 132 der Produktionsvorrichtung 100 bringbar, an welcher das dreidimensionale Strukturelement 108 von den Formgebungselementen 110 der Formgebungseinrichtung 102 und den Presselementen 120 der Presseinrichtung 106 lösbar ist.
Mittels der (nicht dargestellten) Fördereinrichtung sind die an der dritten Station 132 von dem dreidimensionalen Strukturelement 108 gelösten Formgebungselemente 110 der Formgebungseinrichtung 102 zurück zu der ersten Station 128 bringbar. Ferner sind mittels der Fördereinrichtung die Presselemente 120 der Presseinrichtung 106 von der dritten Station 132 zu der zweiten Station 130 bringbar.
Dadurch, dass die Formgebungselemente 110 der Formgebungseinrichtung 102 und die Presselemente 120 der Presseinrichtung 106 mittels der Fördereinrichtung in der Fertigungsrichtung 126 bewegbar sind, ist das dreidimensionale Strukturelement 108 in einem kontinuierlichen Prozess herstellbar.
Insbesondere dann, wenn die Formgebungselemente 110 der Formgebungseinrichtung 102 so ausgebildet sind, dass zwei aneinander angrenzende Formgebungselemente 110 in der Fertigungsrichtung 126 keine Unterbrechung einer Struktur des dreidimensionalen Strukturelements 108 erzeugen, ist mittels der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 ein dreidimensionales Strukturelement 108 mit beliebiger Länge herstellbar.
Insbesondere ist die Größe des dreidimensionalen Strukturelements 108 in der Fertigungsrichtung 126 somit nicht auf die Ausmaße der Formgebungselemente 110 in der Fertigungsrichtung 126 beschränkt.
Vorteilhafterweise sind dabei auch die Presselemente 120 der Presseinrichtung 106 so ausgebildet, dass zwei aneinander anliegende Presselemente 120 in der Fertigungsrichtung 126 keine Unterbrechung der Struktur des dreidimensionalen Strukturelements 108 erzeugen.
Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass die Formgebungseinrichtung 102 als eine Formwalze 134 ausgebildet ist. Ferner ist die Presseinrichtung 106 als eine Presswalze 136 ausgebildet. Die Formwalze 134 ist dabei über der Presswalze 136 angeordnet.
Auch mittels der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 ist eine kontinuierliche Herstellung des dreidimensionalen Strukturelements 108 möglich.
Hierzu ist mittels der Sprühvorrichtung 104 der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf eine Oberfläche 138 der Formwalze 134 sprühbar.
Die Formwalze 134 und die Presswalze 136 sind relativ zueinander so positioniert, dass der mittels der Sprühvorrichtung 104 auf die Oberfläche 138 der Formwalze 134 gesprühte Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 durch eine Drehung der Formwalze 134 und der Presswalze 136 zwischen der Formwalze 134 und der Presswalze 136 gepresst wird, wobei die Oberfläche 138 der Formwalze 134 und eine Oberfläche 140 der Presswalze 136 so ausgebildet sind, dass das dreidimensionale Strukturelement 108 durch das Pressen zwischen der Formwalze 134 und der Presswalze 136 in seine endgültige Form bringbar ist.
Die dritte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 eignet sich insbesondere bei der Verwendung von schnellhärtenden Werkstoffen, wobei vorzugsweise gewährleistet werden sollte, dass bereits während eines kurzen Pressvorgangs zwischen der Formwalze 134 und der Presswalze 136 das dreidimensionale Strukturelement 108 seine endgültige und stabile Form erhält.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte vierte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform dadurch, dass eine Vielzahl von Formgebungselementen 110 an einem Formwalzenband 142 und eine Vielzahl von Presselementen 120 an einem Presswalzenband 144 angeordnet sind.
Das Formwalzenband 142 und das Presswalzenband 144 sind dabei im Wesentlichen jeweils wie eine Gleiskette eines Gleiskettenfahrzeugs ausgebildet, wobei die Formgebungselemente 110 bzw. die Presselemente 120 Kettenglieder der in sich geschlossenen Kette 143 bilden.
Zum Antreiben und Abstützen der Ketten 143 des Formwalzenbandes 142 und des Presswalzenbandes 144 sind jeweils mindestens zwei Antriebswellen 145 vorgesehen.
Bei der vierten Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 ist in einem der ersten Station 128 der zweiten Ausführungsform entsprechenden ersten Bereich 146 der Produktionsvorrichtung 100 mittels der Sprühvorrichtung 104 der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf eine Oberfläche 148 des Formwalzenbands 142 sprühbar.
Mittels des Formwalzenbands 142 ist der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 in der Fertigungsrichtung 126 von dem ersten Bereich 146 zu einem der zweiten Station 130 der zweiten Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 entsprechenden zweiten Bereich 150 bringbar, in welchem der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 zwischen dem Formwalzenband 142 und dem Presswalzenband 144 gepresst wird.
Mittels des Formwalzenbands 142 und des Presswalzenbands 144 ist der gepresste Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 in der Fertigungsrichtung 126 von dem zweiten Bereich 150 zu einem der dritten Station 132 der zweiten Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 entsprechenden dritten Bereich 152 bringbar, in welchem die Oberfläche 148 des Formwalzenbands 142 und eine Oberfläche 154 des Presswalzenbands 144 sich aufgrund der im Endbereich gekrümmten jeweiligen Ausgestaltung des Formwalzenbands 142 bzw. des Presswalzenbands 144 von dem dreidimensionalen Strukturelement 108, welches dann vorzugsweise bereits seine endgültige und stabile Form erhalten hat, entfernen.
Mittels der vierten Ausführungsform der Produktionseinrichtung 100 ist ein dreidimensionales Strukturelement herstellbar, welches zumindest in der Fertigungsrichtung 126 eine beliebige Länge aufweist.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte vierte Ausführungsform hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform dadurch, dass zusätzlich zu der Formgebungseinrichtung 102, der Sprühvorrichtung 104 und der Presseinrichtung 106 zwei Deckeinrichtungen 156 vorgesehen sind, nämlich eine untere Deckeinrichtung 156a und eine obere Deckeinrichtung 156b, mittels welchen an dem dreidimensionalen Strukturelement 108 eine untere Deckschicht 158a und eine obere Deckschicht 158b anordenbar sind.
Die Deckeinrichtungen 156a, 156b sind dabei vorzugsweise als Sprühvorrichtungen 160 ausgebildet. Um zu verhindern, dass eine Struktur des dreidimensionalen Strukturelements 108 mittels der Sprühvorrichtungen 160 aufgefüllt wird, kann einerseits vorgesehen sein, dass der mittels der Sprühvorrichtungen 160 versprühte Werkstoff zähflüssig gewählt wird, sodass dieser Werkstoff nicht in Vertiefungen der Oberfläche des dreidimensionalen Strukturelements 108 eindringen kann.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass vor dem Aufbringen der unteren Deckschicht 158a und/oder der oberen Deckschicht 158b mittels der unteren Deckeinrichtung 156a beziehungsweise der oberen Deckeinrichtung 156b auf das dreidimensionale Strukturelement 108 eine Zwischenschicht, beispielsweise ein Vlies aufgebracht wird, welches das Eindringen des mittels der Sprühvorrichtungen 160 der Deckeinrichtungen 156a und 156b aufgebrachten Werkstoffs in Vertiefungen des dreidimensionalen Strukturelements verhindert.
Ferner umfasst die in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 zwei Druckeinrichtungen 162, nämlich eine untere Druckeinrichtung 162a und eine obere Druckeinrichtung 162b, welche jeweils als Druckwalze 164 ausgebildet sind.
Mittels der Druckwalzen 164 sind die untere Deckschicht 158a und die obere Deckschicht 158b auf das dreidimensionale Strukturelement 108 pressbar, um ein festes Anhaften der unteren Deckschicht 158a und der oberen Deckschicht 158b an dem dreidimensionalen Strukturelement 108 zu gewährleisten.
Mittels der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 können so kontinuierliche, in der Fertigungsrichtung 126 in ihrer Länge unbeschränkte Sandwichelemente hergestellt werden, bei welchen das dreidimensionale Strukturelement 108 einen Kern des Sandwichelements bildet.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte fünfte Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
In den 6a, 6b, 6c, 6d, 8a, 8b, 8c, 8d, 8e und 8f sind beispielhaft dreidimensionale Strukturelemente 108 dargestellt, welche vorzugsweise mit den in den 1 bis 5 dargestellten Produktionsvorrichtungen 100 herstellbar sind.
6a zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer ersten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung 127 und in Fertigungsrichtung 126 genommenen, trapezförmigen Querschnitt aufweist.
6b zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer zweiten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung 127 und in Fertigungsrichtung 126 genommenen, wellenförmigen Querschnitt aufweist.
6c zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer dritten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung 127 und in Fertigungsrichtung 126 genommenen, rechteckigen Querschnitt aufweist.
6d zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer vierten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche einen in vertikaler Richtung 127 und in der Fertigungsrichtung 126 genommenen V-förmigen Querschnitt und einen in vertikaler Richtung 127 und in einer Richtung senkrecht zur Fertigungsrichtung 126 genommenen, V-förmigen Querschnitt aufweist.
8a zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer fünften Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit hexagonalen Deckflächen umfasst, wobei ein zentraler Pyramidenstumpf aus einer horizontalen, durch die Grundflächen der Pyramidenstümpfe definierten Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements 108 nach oben heraussteht und von sechs Pyramidenstümpfen umgeben ist, die nach unten aus der Mittelebene hervorstehen.
8b zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer sechsten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Mehrzahl von in einem quadratischen Muster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit quadratischer Deckfläche umfasst, wobei ein zentraler Pyramidenstumpf aus einer durch die Grundfläche der Pyramidenstümpfe definierten Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements 108 nach oben hervorsteht und in diagonaler Richtung von vier ebenfalls aus der Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements 108 nach oben hervorstehenden identischen, hohlen Pyramidenstümpfen umgeben ist, wobei jeweils zwischen den aus der Mittelebene des dreidimensionalen Strukturelements 108 nach oben hervorstehenden Pyramidenstümpfen aus der Mittelebene nach unten hervorstehende hohle Pyramidenstümpfe mit ebenfalls quadratischer Deckfläche angeordnet sind.
8c zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer siebten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit sechseckiger Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so ausgerichtet sind, dass sie sich in Schwerkraftrichtung 127 verjüngen.
8d zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer achten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von hohlen, in einem quadratischen Muster angeordneten Pyramidenstümpfen mit einer quadratischen Deckfläche umfasst, welche so angeordnet sind, dass sie sich in Schwerkraftrichtung 127 verjüngen.
8e zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer neunten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Mehrzahl von in einem Dreiecksmuster angeordneten, aneinander angrenzenden, hohlen Pyramidenstümpfen mit hexagonaler Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so angeordnet sind, dass sie sich entgegen der Schwerkraftrichtung 127 verjüngen.
8f zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer zehnten Ausführungsform eines dreidimensionalen Strukturelements 108, mit einer Grundstruktur, welche eine Vielzahl von in einem quadratischen Muster angeordneten, hohlen Pyramidenstümpfen mit quadratischer Deckfläche umfasst, wobei die Pyramidenstümpfe so angeordnet sind, dass sie sich entgegen der Schwerkraftrichtung 127 verjüngen.
In den 7a, 7b, 7c und 7d sind die in den 6a, 6b, 6c bzw. 6d dargestellten dreidimensionalen Strukturelemente 108 mit einer zusätzlichen unteren Deckschicht 158a und einer zusätzlichen oberen Deckschicht 158b dargestellt und bilden so Beispiele für Sandwichelemente, welche vorzugsweise mittels der in 5 dargestellten fünften Ausführungsform der Produktionsvorrichtung 100 herstellbar sind.
Dadurch, dass zur Herstellung des dreidimensionale Strukturelements 108 ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements 108 auf eine Formgebungseinrichtung 102 zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements 108 gesprüht wird, kann das dreidimensionale Strukturelement 108 mit geringen Taktzeiten einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements (108), bei dem ein Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) auf eine Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) gesprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Formgebungselement (110) der Formgebungseinrichtung (102) so bewegt wird, dass die Herstellung und/oder die Bearbeitung des dreidimensionalen Strukturelements (108) in einem kontinuierlichen Prozess möglich ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Formgebungselement (110) der Formgebungseinrichtung (102) so bewegt wird, dass das dreidimensionale Strukturelement (108) ohne Umkehr einer Bewegungsrichtung (126) des dreidimensionalen Strukturelements (108) hergestellt und/oder bearbeitet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Formgebungselemente (110) in einer Fertigungsrichtung (126) des dreidimensionalen Strukturelements (108) aneinander vorbei bewegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) auf eine Formwalze (134) der Formgebungseinrichtung (102) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) auf ein Walzenband (142) der Formgebungseinrichtung (102) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) auf eine Negativform (114) des dreidimensionalen Strukturelements (108) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Formgebungseinrichtung (102) gesprühte Werkstoff mittels einer Presseinrichtung (106) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Formgebungseinrichtung (102) gesprühte Werkstoff mittels einer Presswalze (136) der Presseinrichtung (106) gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Formgebungseinrichtung (102) gesprühte Werkstoff mittels eines Walzenbandes (144) der Presseinrichtung (106) gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Formgebungseinrichtung (102) gesprühte Werkstoff mittels einer Positivform (124) des dreidimensionalen Strukturelements (108) gepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die Formgebungseinrichtung (102) gesprühte Werkstoff erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sprühvorrichtung (104), mittels welcher der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) auf die Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) gesprüht wird, relativ zu der Formgebungseinrichtung (102) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements (108) ein Kunststoffmaterial gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements (108) ein duroplastisches, ein thermoplastisches oder ein elastomeres Material gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Bestandteil des Werkstoffs des dreidimensionalen Strukturelements (108) ein Klebstoff oder ein Harz gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) zur Verstärkung Fasern und/oder Füllstoffe beigemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Kurzfasern gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Naturfasern gewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest als ein Teil der beigemischten Fasern Glasfasern gewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) zumindest teilweise pulverförmig auf die Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108) zumindest teilweise flüssig auf die Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) gesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dreidimensionalen Strukturelement (108) mindestens eine Deckschicht (158a, 158b) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deckschicht (158a, 158b) aufgeklebt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deckschicht (158a, 158b) aufgesprüht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deckschicht (158a, 158b) an das dreidimensionale Strukturelement (108) angepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Deckschicht (158a, 158b) mittels einer Druckwalze (164) angepresst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anordnen der mindestens einen Deckschicht (158a, 158b) mindestens eine Zwischenschicht an dem dreidimensionalen Strukturelement (108) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der mindestens einen Zwischenschicht ein Vlies gewählt wird.
Vorrichtung zur Herstellung eines dreidimensionalen Strukturelements (108), umfassend mindestens eine Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) und mindestens eine Sprühvorrichtung (104) zum Besprühen der Formgebungseinrichtung (102) mit einem Werkstoff des dreidimensionalen Strukturelements (108).
Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungseinrichtung (102) mindestens zwei Formgebungselemente (110) umfasst, welche in einer Fertigungsrichtung (126) des dreidimensionalen Strukturelements (108) aneinander vorbei bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungseinrichtung (102) als eine Formwalze (134) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungseinrichtung (102) als ein Walzenband (142) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebungseinrichtung (102) eine Negativform (114) für das dreidimensionale Strukturelement (108) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Presseinrichtung (106) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (106) mindestens zwei Presselemente (120) umfasst, die in einer Fertigungsrichtung (126) aneinander vorbei bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (106) als eine Presswalze (136) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (106) als ein Walzenband (144) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Presseinrichtung (106) eine Positivform (124) für das dreidimensionale Strukturelement (108) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung (104) mindestens einen Sprühkopf (116) umfasst, welcher relativ zu dem mindestens einen Formgebungselement (110) beweglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühvorrichtung (104) einen Roboterarm (118) umfasst, an welchem der mindestens eine Sprühkopf (116) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sprühvorrichtung (104) ein zumindest teilweise pulverförmiger Werkstoff auf die Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) sprühbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sprühvorrichtung (104) ein zumindest teilweise flüssiger Werkstoff auf die Formgebungseinrichtung (102) zur Formung des dreidimensionalen Strukturelements (108) sprühbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des Werkstoffs umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens eine Deckeinrichtung (156a, 156b) zur Anordnung einer Deckschicht (158a, 158b) an dem mindestens einen dreidimensionalen Strukturelement (108) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) mindestens eine Druckeinrichtung (162a, 162b) zum Anpressen mindestens einer Deckschicht (158a, 158b) an das dreidimensionale Strukturelement (108) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckeinrichtung (162a, 162b) als Druckwalze (164) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 bis 47 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 29.
Verwendung der Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 30 bis 47 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 29.