DE102013003094A1

DE102013003094A1 - Werkzeuge mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht

Info

Publication number: DE102013003094A1
Application number: DE201310003094
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-08-28

Abstract

Werkzeug, vorzugsweise handgeführtes oder handbetätigtes Werkzeug mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht, insbesondere schaufelartiges Werkzeug, beispielsweise Schneeräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basis- oder Primärstrukturierung ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Werkzeugen, vorzugsweise handbetätigten Werkzeugen mit dünnwandigen Bestandteilen, vorzugsweise dünnwandigen Materialschichten, beispielsweise Schaufeln, insbesondere Schneeschaufeln.
Weiterhin betrifft diese Erfindung auch andere handbetätigte Werkzeuge mit dünnwandigen Bestandteilen, wie Spaten, Schippen, Eiskratzer, Eisscharrer, aber auch größere Vorrichtungen, wie handgeführte Schneeräumvorrichtungen in Wannenform, Schubkarren etc.. Natürlich ist diese Erfindung nicht auf Grab-, Transport- und Schneeräumvorrichtungen begrenzt, sondern für alle anderen vergleichbaren Werkzeuge einsetzbar, die dünnwandige Bestandteile aufweisen und durch Strukturierungen beispielsweise Vorteile wie erhöhte Steifigkeiten, Materialeinsparungen oder andere Funktionen, Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweisen.
Stand der Technik
Viele Erfindungen bei Werkzeugen dienen dazu, die Werkzeuge leichter und/oder stabiler auszubilden, beispielsweise wird dies erzielt durch in Hauptbelastungsrichtung verlaufende Versteifungsrippen und/oder Reduzierung der Wandstärken. Weitere Erfindungen haben zum Ziel, die Anwendung dadurch zu erleichtern, dass dämpfende Funktionen ergänzt werden, um zum einen die Handhabung zu erleichtern, zum anderen aber auch geräuscherzeugende Vibrationen und somit den Körperschall zu reduzieren.
Weiterhin gibt es Bestrebungen, die Produktqualität durch hochwertigere oder bisher nicht genutzte Werkstoffe zu verbessern, sowie auch den umgekehrten Fall, insbesondere für Massen- und Billigprodukte, günstigere oder bisher nicht nutzbare bzw. genutzte Werkstoffe (Kunststoffe etc.) einzusetzen. Dabei treten einige bisher nicht befriedigend gelöste Probleme auf. Bei den hochwertigen Werkstoffen, häufig hochwertige Metalle und deren Legierungen (beispielsweise hochfeste Legierungen, Titan, Magnesium etc.) oder Faserverbundmaterialien (Kohlefaser-, Glasfaser, Naturfaserverbünde etc.) sind sowohl die Werkstoffe sehr teuer, als auch zum Teil schwer bearbeitbar, darüber hinaus ist gerade bei vielen hochwertigen (hochfesten) Metallen das Materialgewicht ein Faktor, der ein ermüdungsfreies Arbeiten mit dem daraus gebildeten Werkzeug erschwert. Bei den günstigen Werkstoffen, insbesondere Kunststoffen fehlt oft die ausreichende Stabilität und Steifigkeit, um ein sicheres Arbeiten und das einwandfreie und dauerhaftes Funktionieren des Werkzeuges sicherzustellen.
In vielen Anwendungsbereichen ist das Werkzeuggewicht eines der wichtigsten Attribute bei der Nutzung, da oftmals nicht nur das Gewicht des Werkzeuges, sondern auch noch das Gewicht anderer Materialien berücksichtigt werden muss. Beispielsweise bei schaufelartigen Werkzeugen, die zum Bewegen, Aufnehmen, Transportieren, Abladen etc. von verschiedenen Materialien genutzt werden und häufig das jeweils zu bearbeitende Material (Erde, Sand, Kies, Schnee, Schlamm etc.) ebenfalls mit bewegt werden muss. Der Aufbau derartiger Werkzeuge muss also immer so leichtgewichtig wie möglich, aber gleichzeitig dauerhaft belastbar sein und dabei insbesondere auch eine hohe Stabilität und Steifigkeit aufweisen. Das Beispiel eines derartigen Werkzeuges zeigt sehr gut die gewünschten teils widersprüchlichen Anforderungen auf, da die meisten Werkstoffe nicht wirklich befriedigend genutzt werden können, da sie entweder zwar leicht, günstig und sehr leicht formbar (Kunststoffe), aber dabei nicht genügend stabil sind. Oder, im umgekehrten Anwendungsfall, eine hohe Stabilität und Dauerfestigkeit aufweisen und in einigen Fällen (Stahl) auch preisgünstig und leicht bearbeitbar sind, aber aufgrund ihres Gewichts die Handhabung sehr erschweren. Andere, sehr hochwertige Materialien (z. B. Titan) lassen sich ergänzend zu ihrem Gewicht auch nur sehr schwer bearbeiten.
Viele Erfindungen im Stand der Technik haben sich zur Aufgabe gemacht, die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wobei die meisten der Lösungen nur das Ziel haben, eines der vorhandenen Probleme zu lösen.
Am Beispiel einer Schneeschaufel, beispielsweise bestehend aus einem Stiel, verbunden mit einem Schaufelblatt, häufig konkav gebogen und oftmals rechts, links und an der dem Stiel zugewandten Seite mit erhöhten Randbereichen versehen, sowie bei bestimmten Ausführungen mit einer stabilisierenden und abriebresistenten unteren Kante versehen, evtl. ergänzt durch eine geräuschreduzierende Einrichtung, sollen die Vorteile dieser Erfindung dargestellt werden. In einigen Ausführungen werden derartige Schneeschaufeln noch durch dämpfende Einrichtungen, beispielsweise Federelementen ergänzt, um Erschütterungen bei der Anwendung zu dämpfen.
Bei der Herstellung von Werkzeugen, insbesondere Schaufeln, beispielsweise Schneeschaufeln, werden häufig versteifende Strukturen, insbesondere vorwiegend vertikal verlaufende Profilierungen in Form von Versteifungsrippen in das Schaufelblatt eingebracht, insbesondere eingepresst oder eingeprägt, die dem Schaufelblatt eine höhere Formsteifigkeit in vertikaler Richtung bei vergleichsweise geringem Gewicht verleihen.
Üblicherweise bestehen die Schaufelblätter, die aus flachen Platten gebildet sind und derartige versteifende Strukturen erhalten, aus Kunststoffen, Leichtmetallen, vorzugsweise Aluminium, oder in selteneren Fällen, aus Stahl. Stahl, obwohl relativ kostengünstig, wird deshalb relativ selten verwendet, weil sein spezifisches Gewicht relativ hoch ist und somit mit den üblichen Verfahren ein relativ schweres Schaufelblatt entsteht, welches kein ermüdungsfreies Arbeiten ermöglicht.
Kunststoffe und Leichtmetalle eignen sich aufgrund ihres geringen spezifischen Gewichts gut für die Anwendung als Schaufelblätter. Allerdings sind auch hier Nachteile vorhanden, insbesondere bezüglich der Stabilität und Steifigkeit der Werkstoffe.
Hinzuzufügen sind noch aus verleimten Holzschichten (Sandwichaufbau) bestehende, zumeist konkav gebogene Schaufelblätter. Auch hier ist ein relativ hohes Gewicht von Nachteil für die Anwendung.
Derartige Schaufelblätter aus verleimten Holzschichten enthalten üblicherweise keine versteifenden Strukturen, da es nach dem Stand der Technik nicht möglich ist, dünnwandige Holzschichten mit funktionellen, insbesondere versteifenden Strukturen zu versehen. Idealerweise, um den verschiedenen Arten von Schnee gerecht zu werden, benötigte man ein sehr stabiles Schaufelblatt, mit einem sehr geringen Gewicht und gleichzeitig hoher Steifigkeit.
Aktuelle Verbesserungen gehen dahin, hochwertige Werkstoffe in Form von Metall-Legierungen und/oder Kunststoff-Mischungen und/oder faserverstärkte Kunststoffe zu verwenden, welche nach dem Stand der Technik bestmöglich diese Voraussetzungen erfüllen.
Auch werden immer wieder etwas variierende, vorwiegend vertikal orientierte Versteifungsstrukturen zumeist in Rippenform verwendet, ohne aber signifikante Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen. Erstaunlicherweise haben fast alle bestehenden Versteifungsstrukturen dieselbe Aufgabe, nämlich die nahezu ausschließliche Versteifung in Längsrichtung. Dass eine Versteifung beispielsweise auch in Querrichtung Vorteile bezüglich Stabilität und Materialeinsparung, sowie bezüglich Torsionssteifigkeit und Verringerung der Lautstärke mit sich bringt, wurde bisher völlig außer Acht gelassen, bzw. nur eingesetzt, um z. B. Kunststoff-Schaufelblätter überhaupt mit einer gewissen Stabilität zu versehen, um diese mit einem noch sinnvollen Werkstoffaufwand einsetzten zu können, indem beispielsweise an der oberen Kante des Schaufelblattes eine röhrenförmige horizontale Versteifung vorgesehen ist. Allerdings wird auch bei diesem Beispiel aus dem Stand der Technik eine zusätzliche Struktur ergänzend zu den bereits bekannten vertikalen Versteifungsprofilen (Rippenstrukturen) eingesetzt.
Das US Patent 365 88 beschreibt ein kohlefaserverstärktes Polyethylen Schneeschaufelblatt mit nach außen, in Belastungsrichtung verlaufenden Verstärkungsrippen, welches gute Versteifungseigenschaften bei geringer Materialdicke bereitstellt.
US-Patent 7,156,435 B1 zeigt ein Schneeschaufelblatt mit längs verlaufenden Verstärkungsrippen auf der Rückseite des Schaufelblattes.
DE 297 00259 U1 beschreibt ein Schneeschaufelblatt aus Kunststoff, welches an seiner Hinterkante einen röhrenförmigen Hohlraum aufweist, sowie röhrenförmige Hohlräume an den Seitenkanten oder der Vorderkante. Diese Hohlräume haben die Aufgabe, das Schneeschaufelblatt zu stabilisieren und leichtgewichtig zu gestalten.
Ebenso werden durch Aussparungen im Schaufelblatt Gewichtsreduzierungen herbeigeführt, was allerdings die Stabilität der Schaufelblätter reduziert und die Gefahr von Belastungs- oder Ermüdungsbrüchen, sowie dauerhaften ungewollten Verformungen in sich birgt. Beispielsweise die Patentanmeldung JP 511801A beschreibt ein Schaufelblatt mit Verstärkungsrippen und Löchern im Schaufelblatt.
JP 2001262527 A beschreibt ein leichgewichtiges und trotzdem stabiles Schaufelblatt mit elliptischen Löchern.
Die Gebrauchsmusterschrift DE 20 2010 007 573 beschreibt ein aus zwei Schichten bestehendes Schaufelblatt welches aus zwei Platten besteht, von denen zumindest eine Platte mit Löchern versehen ist. Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, bei flüssigkeitsenthaltenden Materialien wie Schlamm usw. die Feststoffe von den Flüssigkeiten zu trennen und somit das Arbeiten zu erleichtern.
Weitere Verbesserungen dienen der Geräuschreduzierung beim Arbeiten mit Schneeschaufeln. Durch entsprechende Werkstoffwahl (weichere Werkstoffe), insbesondere Kunststoffleisten oder Beschichtungen der vorderen Kante, wird dabei die Geräuschentwicklung bei der Anwendung reduziert.
So z. B. die Offenlegungsschrift DE 35 03 250 A1 , hier wird ein Schneeschaufelblatt beschrieben, welches mit einer Stahlkante ausgerüstet ist, wobei zwischen Schaufelblatt und Stahlkante eine schallreduzierende Kunststoffschicht eingebracht ist.
Ergänzend beschreibt der Stand der Technik auch Schaufelblätter, die zusätzlich zur üblichen konkaven Formgebung in vertikaler Richtung eine weitere Wölbung in der Horizontalen aufweisen. Diese zweite konkave Ausgestaltung dient zum einen dazu, das Schaufelblatt zu versteifen, zum anderen dazu, das Schaufelgut in der Schaufel zu sammeln und zu halten, wobei zusätzlich noch ein größeres Fassungsvolumen bereitgestellt wird.
Keines der Schutzrechte beschreibt eine Lösung, welche mittels einer einzigen technischen Ausgestaltung, die gesamte dünnwandige Materialschicht, beispielsweise Blatt einer Schneeschaufel, nach allen Seiten gleichmäßig (isotrop) versteift.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Werkzeuge, beispielsweise Schaufeln, in der Weise weiterzuentwickeln, dass sie eine hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht, sowie eine verbesserte Schwingungsdämpfung und/oder andere funktionale Vorteile bei der Anwendung aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Danach werden die erfindungsgemäßen Werkzeuge mit dünnwandigen Bestandteilen mit einer Basisstrukturierung versehen, die funktionelle Vorteile bereitstellt, sowie dauerfeste Strukturformen für primäre und sekundäre Versteifungselemente, sowie erfindungsgemäße Wanddickenreduzierungen für die dünnwandigen Bestandteile der Werkzeuge.
Im Stand der Technik werden eine Reihe von Strukturen vorgestellt, die bei Werkzeugen mit dünnwandigen Bestandteilen eingesetzt werden. Häufig werden die sogenannten Versteifungsrippen, insbesondere in der Hauptbelastungsrichtung, eingesetzt, um das Werkzeug, beispielsweise Schaufelblatt, mit erhöhten Biegesteifigkeiten; nach Vorbild von wellen- oder trapezförmigen Profilen, auszustatten. Derartige Strukturen können in einzelnen Anwendungsfällen auch aus leicht gebogenen oder nach außen verlaufenden Verstärkungsrippen bestehen. Ergänzt werden derartige Strukturen oftmals durch weitere, in Vertikalrichtung versteifende Strukturen (Abkantungen) an den Seitenrändern des Schaufelblattes, die zusätzlich die Funktion haben, das seitliche Abrutschen des jeweils zu transportierenden Materials zu verhindern. Weiterhin können derartige Werkzeuge ergänzt sein durch eine Umformung des ursprünglich ebenen Schaufelblattes an der Oberseite des Schaufelblattes, welche die Aufgabe hat, zum einen eine horizontale Versteifung zu erreichen, zum anderen soll dies verhindern, dass das aufgenommen Transportgut über den oberen Rand herunterrutschen kann. Ergänzend dazu werden im Stand der Technik noch Strukturen dargestellt, beispielsweise in Form von Öffnungen im Schaufelblatt, welche zum einen eine Verminderung des Gewichtes des Schaufelblattes zur Aufgabe haben, zum anderen auch, insbesondere bei teilflüssigen zu transportierenden Materialien, wie nassen Schnee oder Schlamm, die Aufgabe haben, die festen Bestandteile von den flüssigen zu trennen. All diese Strukturen sind üblicherweise durch Formgebungsprozesse und Bearbeitungsprozesse der ursprünglich unstrukturierten dünnwandigen Bestandteile entstanden, d. h. die Strukturen wurden zumeist nicht durch ergänzende Bestandteile oder Materialien erzeugt, sondern das ursprüngliche (Flach-)Material wurde bearbeitet bzw. geformt, beispielsweise gelocht, gefaltet, gesickt, gebogen, gepresst etc. Zumeist werden die oben genannten Strukturen, die unterschiedliche Aufgaben erfüllen mittels eines Formgebungsprozesses, insbesondere Press- und Kaltziehprozess, beispielsweise in ein Leichtmetallschneeschaufelblattes eingebracht. Bei Kunststoffschaufelblättern, beispielsweise durch Tiefzieh- oder Blasformprozesse usw..
Zum besseren Verständnis werden derartige Strukturen aus dem Stand der Technik in diesem Dokument als „sekundäre Strukturen” bezeichnet. Diese sekundären Strukturen werden zumeist aus einzelnen Strukturelementen gebildet, welche üblicherweise keine Strukturierungen im Sinne von aneinandergereihten Strukturen bilden. Zumeist gehen diese Strukturen auf eine ganze Reihe von Erfindungen zurück, die jeweils einzelne Probleme zu lösen hatten und wurden im Laufe der Zeit kontinuierlich verbessert und ergänzt und werden bis heute sozusagen aneinandergereiht, oder separat in einzelnen Werkzeugen eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung geht einen neuen Weg, sie beschreibt Werkzeuge, die mit mindestens einer der nachfolgend genannten „primären Strukturierung” oder Basisstrukturierung ausgestattet sind, welche mit beliebigen Verfahren in ein oder auf dünnwandiges Element des Werkzeuges ein- oder auch aufgebracht wird, welches beispielsweise das Schaufelblatt bildet.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass diese mindestens eine primäre Strukturierung geeignet ist, eine ganze Reihe von Problemen zu lösen, im Gegensatz zu den oben genannten sekundären Strukturen aus dem Stand der Technik.
Die erfindungsgemäßen primären Strukturierungen zeichnet sich unter anderem insbesondere dadurch aus, dass diese Strukturierung dazu geeignet ist, alle dünnwandigen Bestandteile eines Werkzeuges vollständig zu bedecken, einschließlich aller aus dem Stand der Technik bekannten sekundären Strukturen, sowie aller möglicherweise in Zukunft entwickelten Strukturen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bedeckt diese mindestens eine primäre Strukturierung das oder die gesamten dünnwandigen Bestandteile des Werkzeuges, beispielsweise des Schaufelblattes, insbesondere einschließlich der Bereiche, die mit sekundären Strukturen versehen sind und bildet somit eine Art Grund- oder Basisstrukturierung. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung findet dieser Grundstrukturierungsprozess mit beliebigen Verfahren schon vor demjenigen Formgebungsprozess statt, der die sekundären Strukturen ausbildet. Dies bietet eine ganze Reihe von Vorteilen, beispielsweise kann die Grundstrukturierung der dünnwandigen Bestandteile in einem kontinuierlichen Prozess, vorteilhafterweise von einem Coil oder in Form von Blechen und Bändern, erhalten werden, was sehr kostengünstig ist und z. B. die Transportkosten senkt, so dass ein ergänzendes, teures, strukturierendes Formwerkzeug für die Vorrichtung (Presse etc.) zum Erzeugen der sekundären Strukturen eingespart werden kann. Somit kann oftmals das bisher genutzte Formwerkzeug zur Erzeugung der sekundären Strukturen ohne Abwandlungen weitergenutzt werden.
Insbesondere, wenn die dünnwandige Materialschicht aus Metallen (Metall-Legierungen) aufgebaut ist, können beispielsweise sogenannte dessinierte Materialschichten eingesetzt werden. Derartige oftmals mustergewalzte Bleche und Bänder können aus beliebigen walzbaren Materialien und Metalllegierungen bestehen und werden bisher häufig eingesetzt um optisch und haptisch ansprechende Oberflächen zu erzeugen. Darüber hinaus aber bieten diese dessinierten Bleche, je nach Form des gewählten Musters, auch andere vorteilhafte Eigenschaften, so zum Beispiel verbesserte Steifigkeiten gegenüber nichtstrukturierten Blechen und Bändern gleicher Materialdicke, aber auch beispielsweise verbesserte Hafteigenschaften (Antirutschbleche) oder in bestimmten Ausführungsformen verbesserte Gleiteigenschaften durch verringerte Adhäsionseigenschaften der musterbildenden Strukturen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass derartige flächige Strukturierungen von dünnwandigen Materialschichten, durch veränderte Schwingungseigenschaften der strukturierten Materialschicht die Schwingungseigenschaften dadurch verbessern, dass die Schwingungen schneller gedämpft werden.
Gerade bei handbetätigten und handgeführten Werkzeugen ist ein derartige Schwingungsdämpfung hervorragend dazu geeignet, zum einen die Lautstärke (Lärm) bei der Anwendung zu reduzieren, zum anderen aber auch ein ermüdungsfreieres, sowie anwenderschonendes Arbeiten mit dem Werkzeug zu gewährleisten.
Natürlich lassen sich derartige dessinierte Bleche und Bänder auch mit Löchern versehen, bzw. Lochbleche lassen sich gleichfalls dessinieren.
Ebenso können auch andere Verfahren eingesetzt werden, um die gewünschten Strukturierungen zu erzeugen, wie zum Beispiel (Präge- oder Pressverfahren etc.). Bei dünnwandigen Materialschichten, die aus anderen Materialien aufgebaut sind, besteht die Möglichkeit, diese durch entsprechende adäquate Formgebungsprozesse ebenfalls mit beliebigen Strukturierungen, sowie den jeweils gewünschten Eigenschaften zu versehen.
Eine ganz besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, Strukturierungsverfahren zu wählen, die den gewählten Ausgangswerkstoff des dünnwandigen Bestandteils des Werkzeugs möglichst schonend strukturieren und dabei nur sehr wenig plastifizieren, so dass der gewählte Werkstoff noch möglichst viel Plastifizierungsreserven bereitstellen kann um die sekundären Strukturen im darauffolgenden Umformungsprozess ohne Schäden, Risse, zu dünnwandige Werkstoffdicken etc. erzeugen zu können.
Natürlich sieht die Erfindung auch vor, die primäre Strukturierung während eines Formgebungsprozesses oder nach einem oder mehreren Formgebungsprozessen, welche die sekundären Strukturen ausbilden, vorzunehmen.
Erfindungsgemäß kann die primäre Strukturierung auch nur Teilflächen der dünnwandigen Bestandteile des erfindungsgemäßen Werkzeugs bedecken. Weiterhin können die sekundären Strukturen ganz oder teilweise mit den erfindungsgemäßen Strukturierungen ausgestattet sein. Die Größe der einzelnen Strukturen, welche die erfindungsgemäße primäre Strukturierung bilden, kann frei gewählt werden, ebenso die Tiefe und Formgebung der Strukturen. Wobei vorteilhafterweise tiefere und größere Strukturen dafür eingesetzt werden können, um eine höhere Steifigkeiten, beispielsweise Biege- oder Torsionssteifigkeit zu erreichen, welche es zusätzlich ermöglichen die Materialdicke der dünnwandigen Bestandteile und somit das Gesamtgewicht des Werkzeuges zu reduzieren bei vergleichbaren Steifigkeitswerten.
Je nach der gewünschten Funktion können auch sehr kleine Strukturen für die primäre Strukturierung gewählt werden. Insbesondere dann, wenn bestimmte Oberflächeneigenschaften, beispielsweise geringe Reibungseffekte mit bestimmten Medien erreicht werden sollen, eignen sich beispielsweise sehr fein strukturierte Antihaftoberflächen, beispielsweise so genannte Lotus- Effekt Oberflächen, welche mit Mikro- und Nanostrukturen versehen sind.
Darüber hinaus können alle geeigneten Strukturierungsverfahren eingesetzt werden, um die gewünschte/-en primären Strukturierung/-en zu erzeugen. Insbesondere bei sehr kleinen Strukturgrößen können auch alternative Strukturierungslösungen, die z. B. auf Basis von Lacken, Farben, Folien etc. die gewünschten funktionellen Strukturierungen bereitstellen, eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kommen im Gegensatz dazu bei größeren Strukturgrößen der Strukturierungen insbesondere mechanische Präge- und Pressverfahren zum Einsatz, die durch mindestens ein mechanisches Formwerkzeug und mindestens ein Wirkmedium, oder mindestens zwei Formwerkzeuge die gewünschten Strukturen erzeugen.
Hierbei wird in einem besonderen Anwendungsfall die Materialdicke der dünnwandigen Materialschicht nicht oder nur geringfügig verändert.
Besonders vorteilhaft ist ein Formgebungsprozess der eine mehrdimensionale, insbesondere dreidimensionale Wandstruktur erzeugt. Derartige mehrdimensionale Wandstrukturen können dabei mehrdimensionale Steifigkeiten, sowie andere funktionelle Vorteile bereitstellen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass dabei insbesondere hexagonale Strukturen sich aufgrund ihres geometrischen Aufbaus besonders eignen um möglichst isotrope Steifigkeiten zu erreichen.
Natürlich können in bestimmten Anwendungsfällen auch bewusst Strukturen gewählt werden, die verschiedene Steifigkeiten, in bestimmten Vorzugsrichtungen bereitstellen.
Ebenso können natürlich auch andere dünnwandige Werkstoffe, vorzugsweise Leichtbaumaterialien verwendet werden, beispielsweise, miteinander verklebte oder anderweitig miteinander verbundene, insbesondere auch in Sandwichbauweise verbundene Verbundstoffe, beispielsweise aus Natur- oder Kunstfasern oder aus Kombinationen verschiedenartiger Werkstoffe. So könnten beispielsweise faserartige Naturmaterialien oder Kunstfasermaterialien wie Glas- oder Karbonfasern, miteinander kombiniert und durch beliebige Verfahren miteinander, insbesondere fest, verbunden werden, evtl. auch ergänzt durch dünnwandige Metall- und/oder Kunststoffeinlagen.
Überraschenderweise haben die beschriebenen Strukturen auch noch andere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. So sind beispielsweise strukturierte Oberflächen, im Gegensatz zu glattwandigen Oberflächen vorteilhaft bezüglich der Anhaftung von Schnee etc. Im Gegensatz zu planen Oberflächen ist die Adhäsion zwischen Schaufelblatt und Schnee aufgrund von Lufteinschlüssen, die eine flächige Anhaftung verhindern, geringer. Für Einzelfälle kann es auch geeignet sein, durch eine geeignete Strukturierung den gegenteiligen Effekt zu erzielen, beispielsweise bei Schaufeln, deren Hauptfunktion es ist, Lawinenopfer auszugraben, hier können Strukturierungen gewählt werden, die die Reibung zwischen Schaufelblatt und Schnee erhöhen, so dass der Schnee nicht zu leicht vom Schaufelblatt abrutscht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen insbesondere mehrdimensionalen Strukturierung besteht darin, dass selbst hochfeste Materialien, wie beispielsweise gehärtetes Aluminium oder Stahl strukturiert werden können, ohne dass der Werkstoff reißt oder beschädigt wird.
Durch eine besonders werkstoffschonende und energieeffiziente Strukturierungstechnologie besitzt das strukturierte Werkstück bei Bedarf noch genügend Plastifizierungsreserven, um falls gewünscht, eine noch höhere Steifigkeit dadurch zu erreichen, dass noch zusätzliche Versteifungsstrukturen als sekundäre Strukturen, durch beliebige Verfahren, beispielsweise pressen, prägen etc. eingebracht werden können. Ebenso besteht auch die Möglichkeit andere funktionelle Strukturen in das Werkstück einzubringen, beispielsweise Strukturen, die das ungewollte Abrutschen von Schnee verhindern.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die beschriebene Erfindung, mittels einer Maßnahme nahezu alle Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes verbessert werden können.
Ein großer Anteil aller angestrebten Verbesserungen und Erfindungen der letzten Jahre, ja Jahrzehnte hatte die folgenden Verbesserungen zum Ziel:
Materialersparnis, erhöhte Stabilität, Reduzierung der Geräuschentwicklung und Dämpfung der Schwingungen.
Mit der erfinderischen Lösung können all diese angestrebten Verbesserungen mit nur einer technischen Lösung erreicht werden.
Bei bisherigen Lösungen wurde versucht, eine Verbesserung der Stabilität und/oder Steifigkeit dadurch zu erreichen, dass zum einen vorwiegend in einer Hauptrichtung, parallel zu Stiel versteift wurde, oder um bestimmte Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffe überhaupt sinnvoll einsetzen zu können, beispielsweise durch Einsatz anderer steiferer Werkstoffe um Stabilität zu erreichen. Die hier gezeigte Erfindung geht andere Wege, prinzipiell nutzt sie primär das Ausgangsmaterial, was natürlich eine Reihe von Vorteilen bringt, zum anderen kann eine einzige Strukturierung eingesetzt werden, um nach allen Seiten eine signifikant höhere Stabilität, sowie andere funktionelle Vorteile zu erreichen.
Außerdem löst diese Erfindung auch Probleme, die keine andere Lösung des Standes der Technik lösen kann.
Durch eine erstmals mögliche, nahezu isotrope Versteifung und die daraus folgende Möglichkeit die Materialdicke signifikant zu reduzieren, kann sowohl ein Schaufelblatt aus Stahl so leichtgewichtig gestaltet werden, dass Stahl trotz seines hohen spezifischen Gewichts als Schaufelblattmaterial eingesetzt werden kann, als auch ein Kunststoffblatt durch die isotropen Versteifungen so stabil ausgeführt werden, dass auch hier eine Anwendung für andere Schneearten als Pulverschnee gewährleistet ist.
Aluminiumschaufelblätter können ebenso biege- und torsionssteifer bei gleichem Gewicht ausgeführt werden, sowie durch eine mögliche Reduzierung der Werkstoffdicke noch leichter gestaltet werden, was insbesondere speziellen Anwendungen im alpinen Bereich zugutekommt, wo das Gewicht eine herausragende Rolle spielt, beispielsweise bei Schaufeln zur Bergung nach Lawinenunglücken.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin begründet, dass beispielsweise bei Einsatz entsprechend gewählter, nach unten gewölbter Strukturformen (beispielsweise die unten beschriebenen Wölbstrukturierung) die Unterseite des Schaufelblattes mit beulenartigen Ausbuchtungen versehen ist, welche sowohl das Gleiten auf dem Untergrund erleichtern, als auch verhindern, dass der Benutzer an unebenen Bereichen des Untergrundes hängen bleibt.
Ein weiterer Nutzen der erfindungsgemäßen primären Strukturierung besteht darin, dass für den Betrachter eine optische Einebnung der Oberfläche stattfindet. Durch die Strukturierung werden kleine Beschädigungen und Kratzer nahezu unsichtbar, die subjektive Qualität der Oberfläche wird vorteilhafter beurteilt, als bei unstrukturierten Oberflächen, die einzelne Beschädigungen aufweisen, die sofort ins Auge fallen.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, ein Strukturierungsverfahren zur Bildung mindestens einer primären Strukturierung einzusetzen, welches nahezu isotrope Biegesteifigkeiten bereitstellt. In einem ganz besonders vorteilhaften Fall werden dabei das sogenannte Beul- oder Wölbstrukturierungsverfahren, sowie die darauf basierenden weiterführenden Strukturierungstechnologien eingesetzt. Die mit diesem Verfahren erzeugten primären Strukturierungen bieten neben den sehr schonenden, die Oberflächengüte des Werkstoffes nicht beeinträchtigenden Strukturierungen sowohl den Vorteil der nahezu isotropen Biegesteifigkeit als auch darüber hinaus den Vorteil, schwingungsdämpfende Eigenschaften (durch Frequenzverschiebung) aufzuweisen und somit geräuschdämpfend und vibrationsdämpfend zu wirken.
Danach wird mindestens ein dünnwandiger Bestandteil des Werkzeugs mit einer oder mehreren dreidimensional wölbstrukturierten Strukturierungen und/oder dreidimensional wellenförmigen Strukturierungen und/oder dreidimensional facettenförmigen Strukturierungen ausgestattet und auf diese Weise versteift. Dabei kommen insbesondere dünnwandige Bleche oder Bänder oder zylindrische dünnwandige Körper (beispielsweise Stiele etc.) zum Einsatz, vorzugsweise aus Metallen, Kunststoffen oder Fasermaterialien (Kohlefasern, Glasfasern, Naturfasern u. a.), Es können aber auch andere geeignete Werkstoffe wie Holz oder verklebte Verbundstoffe aus Natur- und Kunstfasern eingesetzt werden.
Bei den dreidimensional facettenförmig strukturierten oder dreidimensional wellenförmig strukturierten oder dreidimensional wölbstrukturierten Materialien handelt es sich dabei insbesondere um Bleche, Bänder, Platten, Tafeln, Platinen etc. mit mehrdimensional versteifenden Makro- und Meso-Strukturen. Dabei entstehen diese mehrdimensionalen Strukturen vorteilhafterweise durch ein besonders materialschonendes, auf Selbstorganisationsprozessen beruhendes, Beulverfahren, wobei ein dünnwandiges Material in einer gekrümmten Gestalt auf seiner Innenseite durch linienförmige Elemente abgestützt und dann von außen mit Druck beaufschlagt wird.
Dabei stellen sich auf Basis einer Selbstorganisation (Bifurkation) oder auf technisch modifizierte Verfahrensweise mit extrem geringem Energieaufwand nach dem „Plopp-Effekt” besonders materialschonend regelmäßig angeordnete, viereckige, oder sechseckige Beul- bzw. Wölbstrukturen ( EP 0693 008 B1 , EP 0900 131 B1 ) oder Wappenstrukturen ( EP 0888 208 B1 ), oder dreidimensional wellenförmige Strukturen ( DE 10 2005 041 516 A1 ) oder dreidimensional facettenförmige Strukturen ( DE 10 2005 041 555 A1 ) ein.
Bei Bedarf lassen sich die auf diese Weise strukturierten Materialien dann aus der gekrümmten Form in die ebene Gestalt überführen ( DE 19856236 A1 ).
Die besonderen Merkmale des dreidimensional wellenförmigen Strukturierens bestehen darin, dass mit Hilfe einer vergleichsweise dicken Elastomerschicht (zwischen dem zu strukturierenden dünnwandigen Material und den Stützelementen) sanft gerundete Wülste (im Gegensatz zu den engen Falten mit kleinem Biegeradius beim Wölbstrukturierungsprozess) gebildet werden und auf diese Weise der Werkstoff des Materials sehr geschont wird. Somit bleiben die Plastifizierungsreserven des verwendeten Werkstoffs auch nach dem mehrdimensionalen Strukturieren weitestgehend erhalten. Dadurch kann die Voraussetzung für eine hohe Dauerstandfestigkeit (gemessen durch die Wähler-Kurve) des strukturierten dünnwandigen Materials bei der späteren Verwendung beim jeweiligen Werkzeug (beispielsweise Schaufelblatt) geschaffen werden.
Die besonderen Merkmale des dreidimensional facettenförmigen Strukturierens bestehen darin, dass die noch bestehenden Defizite der wölbstrukturierten oder dreidimensional wellenförmige strukturierten Materialbahn, insbesondere bei hochfesten metallischen Werkstoffen und/oder Faserverbundstoffen überwunden werden können.
Das lässt sich folgendermaßen darstellen, wobei ein zweistufiger Strukturierungsprozess zum Einsatz kommt. Beim Wölbstrukturieren entsteht eine strukturierte Materialbahn, die stark gekrümmt ist, weil sich die wölbstrukturierte Materialbahn beim Strukturierungsprozess an die Stützelemente (siehe EP 0693 008 A1 und EP 0900 131 A1 ) anlegt. Beim dreidimensional wellenförmigen Strukturierungsprozess erhält die strukturierte Materialbahn ebenfalls eine gekrümmte Gestalt, jedoch ist die Krümmung weniger stark ausgeprägt als beim Wölbstrukturierungsprozess. Diese verbleibende Krümmung stellt insbesondere bei hochfesten und zugleich hochelastischen Werkstoffen ein bisher ungelöstes Problem dar, weil der hochelastische Werkstoff beim Biegen stets wieder zurückfedert und sich deshalb nicht in die ebene Gestalt richten lässt. Ein weitere Unterschied der wölbstrukturierten oder dreidimensional wellenförmig strukturierten Materialbahn gegenüber der facettenförmig strukturierten Materialbahn besteht darin, dass bei diesen Strukturierungsprozessen das „Ploppen” ausschließlich in eine Richtung (gemeint ist auf einer Seite) der zu strukturierenden Materialbahn stattfindet. Dadurch wird die neutrale Biegelinie der strukturierten Materialbahn einseitig zu einer einzigen Seite der Materialbahn hin verschoben (im Vergleich zur ursprünglichen Mittelebene der nicht-strukturierten Materialbahn). Dieser in einzelnen Anwendungsfällen nachteilige Effekt verursacht eine Anisotropie der strukturierten Materialbahn, welche zu einer Instabilität der Materialbahn in Gestalt eines „Frosches” führen kann.
Um dieses Problem bei hochfesten Materialien zu beseitigen wird mit Hilfe eines sich anschließenden dreidimensional facettenförmigen Strukturierens diese Anisotropie dadurch kompensiert, dass die einfach wölb- oder dreidimensional wellenförmig strukturierte Materialbahn durch ein ergänzendes „Gegenploppen” in eine dreidimensional facettenförmig strukturierte Gestalt überführt wird und dabei gleichzeitig in eine nahezu ebene Planlage gebracht wird.
Das geschieht dadurch, dass jeweils vorzugsweise drei zu einem Sternpunkt zusammenlaufende Stützelemente gegen die konkave Seite einer Mulde/Kalotte der Wölb- oder Wellenstruktur der Materialbahn drücken, wobei die Rückseite der Materialbahn mittels beispielsweise einer elastischen Walze mit Druck beaufschlagt wird (siehe DE 10 2005 041 555 A1 ). So entsteht die dreidimensional facettenförmig strukturierte Materialbahn, welche aufgrund ihrer räumlichen Facettenflächen ferner den wesentlichen Vorteil einer nahezu richtungsunabhängigen Versteifung der Materialbahn aufweist. Auf diese Weise erhält die strukturierte Materialbahn sowohl in Längsrichtung (entsprechend der Strukturierungsrichtung beim Herstellungsprozess) als auch in Querrichtung eine verbesserte Versteifung. Dies eignet sich besonders für alle dünnwandigen Werkzeugbestandteile die hohe Torsionssteifigkeiten aufweisen sollen, beispielsweise besonders leichtgewichtige Schaufelblätter mit reduzierten Wanddicken gegenüber dem Stand der Technik
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen können auch alle anderen formbaren Werkstoffe mit beliegen Formgebungsverfahren mit den oben genannten Strukturierungen (Wölbstrukturierung, Wellenstrukturierung und Facettenstrukturierung) versehen werden, beispielsweise durch Übertragung der selbstorganisierend entstandenen Originalstrukturen auf adäquate Formwerkzeuge, die dann ihrerseits bei den entsprechenden Formgebungsprozessen durch die entsprechenden Abformprozesse auf mindestens einen dünnwandigen Bestandteil des Werkzeuges übertragen werden.
Weiterhin sieht eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung vor, zwei oder mehrere verschiedene primäre Strukturen zur Strukturierung des dünnwandigen Bestandteils eines Werkzeuges einzusetzen. Dabei können diese mindestens zwei voneinander verschiedene primäre Strukturierungen voneinander räumlich getrennt, aneinander angrenzend, ganz oder teilweise überlappend oder auch ineinander liegend ausgeführt sein. Dabei können diese mindestens zwei primären Strukturierungen voneinander verschieden sein, oder gleiche Strukturen mit unterschiedlichen Strukturgrößen aufweisen. Dabei können Strukturierungen gewählt werden, die voneinander verschiedene funktionelle Eigenschaften aufweisen.
Die mindestens eine dünnwandige Materialschicht des Werkzeuges kann erfindungsgemäß eine beliebige Materialdicke aufweisen, vorteilhafterweise aber eine Materialdicke zwischen 10 mm und 0,1 mm, insbesondere aber eine Materialdicke zwischen 3 mm und 0,3 mm. Dabei kann die mindestens die dünnwandige Materialschicht auch verschiedene Materialdicken aufweisen. Insbesondere beim Einsatz von Folien und Beschichtungen kann die Materialdicke aber noch beträchtlich dünner ausgeführt sein.
Erfindungsgemäß können die Strukturen der funktionellen Basisstrukturierung natürlich auch mit anderen Verfahren als den bisher beschriebenen erzeugt werden. Insbesondere, wenn die Strukturen der Primärstrukturierung nicht auf Basis der ohnehin genutzten Werkstoffen gebildet werden sollen. D. h. nicht gebildet beispielsweise durch Präge- oder Pressverfahren von dünnwandigen Bestandteilen (Al, Stahl, Kunststoff etc.). In derartigen Fällen können die Strukturen der Basisstrukturierung durch alternative Verfahren, insbesondere fest auf die bestehenden dünnwandigen Materialschichten an- oder aufgebracht werden. Beispielsweise können die Strukturen aus denselben oder anderen Materialien gebildet sein und mit beliebigen Befestigungsverfahren an- oder aufgebracht werden. Derartige Strukturelemente können beispielsweise durch Klebe-, Schweiß-, Schraub-Nietverfahren etc. an- oder auf der dünnwandigen Materialschicht, insbesondere fest und permanent, aber bei Bedarf auch temporär, befestigt werden. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Erfindung eignet sich vorrangig für größere Strukturelemente (Meso- und Makrostrukturen), kann aber beispielsweise bei Verwendung von Klebstoffen auch für kleinere Strukturelemente angewendet werden.
Vorrangig eignen sich aber andere Verfahren besser für kleinere Strukturen, beispielsweise Beschichtungsverfahren auf Basis von Lacken aber auch Farben, sowie auch Folienbeschichtungen, die schon mit den gewünschten Mikro- und Nanostrukturierungen versehen sind und durch diese die gewünschten funktionellen Eigenschaften bereitstellen.
Ergänzend zur beschriebenen Primärstrukturierung, aber auch für Anwendungen ohne eine derartige Strukturierung, kann eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung der Werkzeuge mit dünnwandigen Materialbahnen eingesetzt werden, um Gewichtsersparnisse, Steifigkeitsgewinne, Materialdickenreduzierung, sowie auch verbesserte Geräuschreduzierungen gemäß der Aufgabenstellung zu erreichen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass auch ein weiterer erfindungsgemäßer Ansatz, der bisher nicht für oben beschriebene Werkzeuge zum Einsatz gekommen ist, in diesem Fall deutliche Verbesserungen mit sich bringt. Dabei handelt es sich um die Idee, dünnwandige Materialschichten mit unterschiedlichen Materialdicken für die Lösung der oben gestellten Aufgaben für Werkzeuge mit dünnwandigen Materialschichten einzusetzen. Somit können höher belastete Bereiche innerhalb eines Bauteils dickwandiger ausgeführt werden und niedriger belastete Bereiche dünnwandiger. Eine erfindungsgemäße Möglichkeit der Umsetzung dieser Idee bietet das Verfahren des sogenannten „Flexiblen Walzens”. Es eignet sich besonders, um dünne Materialschichten mit unterschiedlichen Materialdicken auszurüsten. Erfindungsgemäß werden dabei die Materialschichtendicken gemäß den im Einzelfall auftretenden Belastungen und Anforderungen angepasst. Dadurch lassen sich beispielsweise Schaufelblätter von Schneeschaufeln oder anderen schaufelartigen Werkzeugen optimal auf die zu erwartenden Belastungen ausrichten. Natürlich lässt sich dieses Verfahren auch auf alle anderen der oben genannten Anwendungen anpassen und nutzen. Erfindungsgemäß können dann Schaufelblätter, z. B. aus ebenen Blechen so ausgeführt werden, dass beispielsweise der obere, dem Stil zugewandte Teil, dünner ausgeführt werden kann, während die intensiver druck-, stoß- und torsionsbelastete Unterseite/Vorderseite des Schaufelblatter dicker ausgeführt werden kann. Weiterhin bietet diese Variante auch den Vorteil, dass die vordere Stoßkante dieselben Maße wie bisher aufweist und ohne irgendwelche Produktionsanpassungen zu erfordern, beispielsweise mit verstärkenden Einrichtungen wie Stahlkanten oder Kunststoffkanten versehen werden kann. Die Vorteile dieser Erfindung sind offensichtlich. Nach wie vor kann das ursprüngliche Material in Form von Coils oder Platinen eingesetzt werden, durch das flexible Walzen können beliebige Materialdicken des Bleches in den unterschiedlichen Belastungsbereichen erreicht werden. Das Schaufelblatt wird leichter, da weniger Material bei der Herstellung verbraucht wird. Durch den Walzprozess wird das Material zwar dünner, aber auch steifer durch die erfolgte Materialverdichtung. Durch diese erhöhte Steifigkeit wiederum wird die Geräuschentwicklung bei der Benutzung infolge der Frequenzverschiebung der entstehenden Schwingungen in höhere Schwingungsbereiche verbessert. Natürlich können auch beliebige andere Verfahren einsetzt werden, um belastungsorientierte Wanddickenunterschiede zu erreichen, beispielsweise Preß- oder Tiefziehverfahren etc.
In einem besonderen Anwendungsfall wird ein solches Blech beispielsweise derart bearbeitet, dass besonders beanspruchte Bereiche, wie beispielsweise die untere Kante, die über den Untergrund geschoben wird, eine größere Materialdicke aufweist, als der restliche Schaufelbereich. Derart versteift, wird zum einen eine höhere Stabilität und Torsionssteifigkeit erreicht, als auch verhindert, dass die Blechkante nicht unerwünscht leicht umgebördelt oder umgebogen werden kann. Insbesondere bei Al-Schaufelblättern erhält man auch noch den Vorteil, dass eine ergänzende, versteifende Stahlkante nicht mehr zwingend von Nöten ist. Erfindungsgemäß bietet es sich ebenfalls an, beispielsweise das flexible Walzen, oder andere Verfahren zur partiellen Materialdickenreduzierung dahingehend zu verbessern, dass die Wanddickenreduzierungen nicht nur in einer Richtung erfolgen können wie beim oben angeführten Beispiel, sondern auch z. B. senkrecht dazu, oder in beliebigen Winkeln geneigt. Dies führt zu völlig neuen Anwendungsmöglichkeiten. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, die Konturen der Randbereiche der Werkzeuge zur Materialdickenreduzierung (Walzen, Pressformen usw.), wie im folgenden beschrieben, so auszubilden, dass die erzeugten Konturen, der in die dünnwandigen Materialien eingebrachten Strukturen, belastungsoptimiert ausgeführt werden.
Diese erfindungsgemäßen Ausführungen bieten die gleichen Vorteile wie die oben beschriebenen Primärstrukturierungen und eignen sich hervorragend dazu, mit diesen kombiniert zu werden. Gleichfalls natürlich auch, um separat von diesen eingesetzt zu werden. Sollten beide Erfindungsbestandteile in Kombination eingesetzt werden, bietet es sich natürlich an, das Ausgangsmaterial zuerst mit den entsprechenden, belastungsorientierten Materialdicken zu versehen und anschließend mit einer gewünschten Basisstrukturierung.
Ergänzend zur beschriebenen Primärstrukturierung und der beschriebenen Materialdickenanpassung, aber auch für Anwendungen ohne eine derartige Strukturierung oder Materialdickenanpassung, beispielsweise durch flexibles Walzen, kann eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung der Werkzeuge mit dünnwandigen Materialbahnen eingesetzt werden, um Gewichtsersparnisse, Steifigkeitsgewinne, Materialdickenreduzierung, sowie auch verbesserte Gerauschreduzierungen gemäß der Aufgabenstellung zu erreichen.
Erfindungsgemäß handelt es sich dabei um belastungsorientierte Versteifungsstrukturen, deren Geometrie darauf abzielt, bestmögliche Versteifungswerte bei geringstmöglichen Verformungen des Basismaterials zu erreichen, ohne Nachteile zu erzeugen, wie beispielsweise belastungsinduzierte Materialrisse oder sogar Brüche. Die bisher üblicherweise eingesetzten Versteifungsstrukturen in Form von Makrostrukturen, z. B. Versteifungsrippen etc., dienen zwar dazu, Steifigkeitsgewinne und Materialdickenreduzierungen, sowie Gewichtsersparnisse zu erreichen, sind aber nicht darauf ausgelegt, an hochbelasteten Bereichen (Belastungs-)Risse zu verhindern, im Gegenteil. Gerade in den Übergangsbereichen, wo die Rippen in das ebene Material übergehen, werden durch die Strukturierungen selbst erhöhte Spannungen bei Belastung erzeugt und dadurch erfolgen natürlich im Extremfall auch Belastungsrisse und Brüche.
Erfindungsgemäß werden hier besondere belastungsorientierte Versteifungsstrukturen vorgestellt, die gerade dies verhindern und sich sehr gut eignen, um die oben genannten Aufgaben zu lösen. Um derartige Spannungsrisse zu verhindern, ist es wichtig, den Übergang vom ebenen Material in die zwei- oder dreidimensionale Formgebung der Verstärkungsstrukturen optimal anzupassen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass, im Gegensatz zum Stand der Technik, der Übergang von der ebenen Fläche zur Verstärkungsstruktur keine geraden Bereiche, Viertel- oder Halbkreisformen eingesetzt werden, sondern spannungsoptimierte (beispielsweise konvexe) Übergangsbereiche, die den auftretenden Belastungen angepasst sind. Dabei werden erfindungsgemäß u. a. sogenannte Zugdreiecke eingesetzt, um die optimale Konturform der Verstärkungsstruktur zu bestimmen. Diese erfindungsgemäßen Strukturen bieten dabei den Vorteil, sowohl in häufig wiederkehrender Form als Basisstrukturierung eingesetzt werden zu können, als auch in Form von Sekundärstrukturierungen, vergleichbar den bisher genutzten Versteifungsstrukturen (Versteifungsrippen), gemeinsam mit einer Basisstrukturierung als ergänzende Versteifungselemente eingesetzt zu werden. Natürlich umfasst die erfindungsgemäße Anwendung auch die Nutzung als Makro-Versteifungsstrukturen, ohne Primärstrukturierung.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass diese erfindungsgemäße Formgebung auch in Form von Ausnehmungen, z. B. (Löchern) in Lochblechen zur Anwendung kommen kann. Bekanntermaßen weisen Körper mit Materialaussparungen (Löchern) in nahezu allen Herstellungs- und Anwendungsbereichen strukturell bedingte Nachteile auf, gegenüber Körpern ohne Löcher, Aussparungen, etc. Diese zumeist kerbartigen Strukturen sind Stellen, an denen der Kraft- bzw. Momentenfluß gestört bzw. umgelenkt wird. Dies führt zu örtlichen Spannungskonzentrationen.
Der im Stand der Technik hauptsächlich betrachtete Nachteil ist hierbei die geringere mechanische Stabilität, die aufgrund von Spannungsspitzen in überbelasteten Bereichen zu Bauteilbeschädigungen (Rissbildungen) und, im Extremfall, zu Bauteilversagen führen kann, beispielsweise in Form von Überlastungs- oder Ermüdungsbrüchen.
Hierbei bieten sich durch die erfindungsgemäße Optimierung Vorteile gegenüber dem Stand der Technik, da diese Formgebung neben den Gewichtsvorteilen von Lochblechen allgemein deutlich besser Belastungskräfte aufnehmen kann, als bisher eingesetzte Lochblechmaterialien. Insbesondere deshalb, weil diese Formgebung es ermöglicht, nahezu kerbspannungsfreie, dauerfeste Lochgeometrien/-konturen für die jeweiligen Belastungsanforderungen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird hierbei, sowohl bei der Entwicklung von gestaltoptimierten Versteifungsstrukturen für Primärstrukturierungen, als auch für Sekundärstrukturierungen, sowie für die Gestaltoptimierung von Ausnehmungen in Lochblechen, vorteilhafterweise dasselbe Verfahren eingesetzt, um die optimalen belastungsorientierten Geometrien zu ermitteln.
Die exakte Ausformung der häufig sanft ansteigenden oder abfallenden Konturen (konvex oder konkav) der Versteifungsstrukturen (primär und sekundär) oder der Ausnehmungen (Löcher) in Lochblechen wird in einem besonderen Anwendungsfall auch dadurch erreicht, dass, insbesondere auf Grundlage eines FEM-Computerprogramms, mittels eines Optimierungsverfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform der CAO-Optimierungsmethode nach Professor Dr. Claus Mattheck, der jeweilige Verlauf der spannungsminimierten Kontur ermittelt wird, abhängig von der Körperform, den Materialdaten, Randbedingungen und den spezifischen äußeren Belastungen.
Insbesondere aber bietet sich das ebenfalls von Professor Dr. Claus Mattheck entwickelte Verfahren der Zugdreiecke an, welches es erstmals ermöglicht, mittels eines einfachen geometrischen Verfahrens die optimalen, dauerfesten Strukturformen für primäre oder sekundäre Strukturen oder Lochformen für Lochbleche oder andere mit Öffnungen versehene Bleche zu ermitteln.
Die Vorgehensweise bei der Ermittlung geeigneter dauerfester Strukturformen, beispielsweise für Verstärkungsrippen, wird im Folgenden erklärt und ist bildhaft in 6 dargestellt.
Geht man von einer senkrecht zur unteren Schaufelblattkannte in Hauptbelastungsrichtung ausgerichteten Versteifungsstruktur aus, legt man zuerst einen 90° Winkel parallel zur Schaufelblattkante an das untere Ende der zu konstruierenden Versteifungsstruktur an. Um eine symmetrische Formgebung zu erhalten, spiegelt man diesen Winkel an der 45° Ecke vertikal. Die Größe des Winkels kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Längen der Katheten der beiden Winkel der Breite der beabsichtigten Versteifungsstruktur entsprechen. Werden diese Winkel kleiner gewählt, wird die Formgebung des unteren Endes der Versteifungsstruktur spitzer, werden die Winkel größer gewählt, wird die Form stumpfer. Grundsätzlich gilt aber, je größer der Winkel gewählt wird, umso weniger Belastungsspannungen treten auf. Allerdings sind schon mit relativ kleinen Winkeln gute Ergebnisse bezüglich der Spannungsreduktion im Bauteil zu erreichen. Im nachfolgenden Schritt wird ein weiteres Zugdreieck von der Mitte des unteren Dreiecks ausgehend eingefügt. Einfacherweise wird dieses weitere Zugdreieck mithilfe eines Zirkels, dessen Mittelpunkt die Ecke des ersten Zugdreiecks bildet, der den 45° Winkel zwischen Kathete und Hypotenuse bildet, konstruiert. Das neue Zugdreieck besitzt dann keine 45° Winkel mehr, sondern nur noch zwei 22.5° Winkel und einen 135° Winkel. Wiederholt man diesen Vorgang nochmals, halbieren sich die beiden Winkel (11,25°) wiederum, ebenso wird der dritte Winkel dementsprechend immer stumpfer. Im Anschluss daran rundet man die Kontur in den Bereichen wo die Zugdreiecke aneinandergrenzen noch etwas aus und erreicht so die gewünschte erfindungsgemäße Strukturform. Oftmals reicht es aus, diesen Vorgang dreimal zu wiederholen, um eine spannungsoptimierte Strukturform zu erhalten. Das Ausrunden der Übergangsbereiche wendet man außer an der Spitze, wo die beiden 45° Winkel aufeinandertreffen an allen Konturbereichen an, bei Bedarf auch an den übrigen Stellen der gefundenen Konturform, um der Kontur einen gleichmäßig geschwungene Verlauf zu geben.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren aber ein weiteres Mal wiederholt, jetzt aber senkrecht zum vorhergehenden Optimierungsprozess, um die Versteifungsstrukturkontur nicht nur in der Draufsicht zu optimieren, sondern auch senkrecht dazu, um eine dauerfeste und spannungsoptimierte dreidimensionale Gesamtkontur zu erhalten.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, welche eine erhöhte Formsteifigkeit bereitstellt, die Vibrationsschwingungen dämpft und es ermöglicht, ressourcenschonend zu arbeiten besteht darin, beispielsweise das Schaufelblatt einer Schneeschaufel derart mit lastorientierten Versteifungen zu versehen, dass diese sich durch Versteifungen auszeichnen, die sowohl in Belastungsrichtung, als auch in dazu bestimmten vorteilhaften Winkeln, insbesondere zwischen 35 und 60°, zur Hauptbelastungsrichtung versteifend wirken. In einem besonderen Anwendungsfall verzweigen sich diese erfindungsgemäßen Versteifungen vergleichbar den Ästen von Bäumen oder immer feiner werdenden Adern in einem Winkel von idealerweise 45°. Wobei die Verzweigungsstellen vorteilhafterweise so ausgebildet sind, dass keine bzw. nur minimale Materialspannungen bei Belastungen auftreten. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Versteifungen, beispielsweise in Form von Materialfaltungen, beispielsweise in Rippenform, so ausgeführt sein können, dass die in 45 Grad verlaufenden Versteifungen zur Hauptbelastungsrichtung in einer logarithmischen Bogenform auslaufen.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Kombinationen aus mindestens einer primären Strukturierung, kombiniert mit sekundären gestaltoptimierten Versteifungsstrukturen und beispielsweise belastungsorientierten Blechdickenreduzierungen (z. B. durch flexibles Walzen) außergewöhnlich hohe Materialeinsparungen ermöglichen, bei verbesserten Steifigkeitswerten der dünnwandigen Materialschichten. Ergänzt werden die Vorteile noch durch schwingungsdämpfende Eigenschaften gegenüber dem Stand der Technik.
Ausführungsbeispiele:
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugstiel
2: Verstärkungsrippen (sekundäre Strukturen)
3: Schaufelblatt
4: Schaufelrand (konkav gebogen)
5: Hexagonale Basisstrukturierung (gesamtes Schaufelblatt bedeckend)
5': Hexagonale Basisstrukturierung (oberen Bereich des Schaufelblattes bedeckend)
6: Schaufelblatt unstrukturiert
7: Hexagonale Basisstrukturierung (oberen Bereich des Schaufelblattes bedeckend)
8: Diagonale Basisstrukturierung
9: Zweifach hexagonale Basisstrukturierung (Facettenstrukturierung)
10: Rechtwinkliges Dreieck zur Konstruktion optimierter Konturen von Strukturen (Zugdreieck mit zwei 45° Winkeln), in diesem Falle Versteifungsrippe
11: Zweites Zugdreieck (mit zwei 22,5° Winkeln) zur Konstruktion optimierter Konturen von Strukturen
12: Drittes Zugdreieck (mit zwei 11,25° Winkeln) zur Konstruktion optimierter Konturen von Strukturen

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt vollständig mit einer funktionellen hexagonalen Basisstrukturierung, beispielsweise Wölbstrukturierung versehen ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt nur im unteren Bereich mit einer funktionellen hexagonalen Basisstrukturierung, beispielsweise Wölbstrukturierung versehen ist.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt vollständig mit einer funktionellen diagonal aufgebauten Basisstrukturierung, beispielsweise einer mustergewalzten Strukturierung versehen ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt mit zwei verschiedenen funktionellen Basisstrukturierungen versehen ist, wobei der obere Teil des Schaufelblattes mit einer einfachen hexagonalen Strukturierung, der untere Teil des Schaufelblattes mit einer sogenannten Facettenstrukturierung versehen ist.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt mit belastungsorientierten Verstärkungsstrukturen in Form von Rippenstrukturen, welche mit optimierten Konturen ausgestattet sind.
6 zeigt eine schematische Darstellung mit belastungsorientierten Verstärkungsstrukturen in Form einer Rippenstruktur, die mit optimierten Konturen nach dem Verfahren der Zugdreiecke ausgestattet ist.
Im Folgenden werden die Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt vollständig mit einer funktionellen, hexagonalen Basisstrukturierung, beispielsweise Wölbstrukturierung versehen ist. Das gesamte Schaufelblatt ist in dieser Darstellung vollständig mit dieser hexagonalen Primärstrukturierung versehen, einschließlich aller sekundären Strukturen, hier beispielsweise Versteifungsprofilierungen. Diese Art der Strukturierung bietet aufgrund der erhöhten Form- und Biegesteifigkeit verbesserte funktionelle Eigenschaften des Schaufelblattes, insbesondere eignet sich eine derartige Basisstrukturierung hervorragend, um ein stabileres Werkzeug zu erhalten. Weiterhin kann ergänzend dazu sogar die Wanddicke des Schneeschaufelblattes deutlich reduziert und dadurch ein leichtgewichtigeres und gleichzeitig sehr stabiles Schaufelblatt erzeugt werden. Dies führt zu geringeren Materialkosten und einem Werkzeug. welches leichter und somit komfortabler für den Anwender ist. Trotz der Möglichkeit, die Wanddicke zu reduzieren, können dabei vergleichbare oder sogar bessere Steifigkeitswerte erzielt werden im Vergleich zum Stand der Technik ohne Primärstrukturierungen. Darüber hinaus erzielt eine derartige Basisstrukturierung vibrationsdämpfende Eigenschaften, die sowohl die Lärmbelästigung bei der Anwendung reduzieren, als auch die den Anwender belastenden Schwingungen dämpft.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt nur im unteren Bereich mit einer funktionellen, hexagonalen Basisstrukturierung, beispielsweise Wölbstrukturierung, versehen ist. Diese Basisstrukturierung kann dazu genutzt werden, die Schaufelvorderkante zu stabilisieren, sowie den unteren Teil des Schaufelblattes biegesteifer und stabiler zu gestalten, sowie auch die Schwingungen zu dämpfen.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt vollständig mit einer funktionellen, diagonal aufgebauten Basisstrukturierung, beispielsweise einer mustergewalzten Strukturierung versehen ist. Derartige Strukturierungen können beispielsweise mit üblichen Walzverfahren erzeugt werden. In dieser Ausgestaltung der Erfindung können die Strukturierungen beispielsweise dazu dienen, mit dem Schaufelgut erhöhte Reibung zu erzeugen und somit verhindern, dass das Schaufelgut währen der Arbeitsbewegung ungewollt vom Schaufelblatt abrutschen kann.
Dies bietet sich beispielsweise für Pulverschnee an, oder auch für sogenannte Lawinenschaufeln, die u. a. dazu genutzt werden schnellstmöglich Lawinenopfer auszugraben.
Außerdem zeigt dieses Beispiel, dass eine vollflächige Basisstrukturierung kleine Oberflächenbeschädigungen wie Kratzer usw. praktisch unsichtbar für den Betrachter macht, da Strukturierungen die Oberfläche einer Fläche optisch einebnen. Im Gegensatz dazu ist auf einer unstrukturierten Oberfläche jeder Kratzer sichtbar und verringert somit-subjektiv für den Betrachter die Oberflächenqualität des Gesamtproduktes.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt mit zwei verschiedenen funktionellen Basisstrukturierungen versehen ist, wobei der obere Teil des Schaufelblattes mit einer einfachen hexagonalen Strukturierung, der untere Teil des Schaufelblattes mit einer sogenannten Facettenstrukturierung versehen ist. Die beiden aneinander angrenzenden und ineinander übergehenden Basisstrukturierungen bedecken hier das gesamte Schaufelblatt. Beide Strukturierungen bieten sehr gute funktionelle Eigenschaften, wobei die Facettenstrukturierug im unteren Bereich des Schaufelblattes nahezu isotrope Steifigkeiten bereitstellt. Diese eigene sich sehr gut, den vorderen Schaufelkantenbereich zu stabilisieren.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Werkzeuges, beispielsweise Schneeschaufel, deren Schaufelblatt mit belastungsorientierten Verstärkungsstrukturen in Form von Rippenstrukturen (2), welche mit optimierten Konturen ausgestattet sind. Dabei sind sowohl die der Schaufelkante naheliegenden unteren Enden der Rippenstrukturen, als auch die dem oberen Schaufelrand naheliegenden oberen Enden der Rippenstrukturen mit spannungsoptimierten Strukturen ausgestattet.
6 zeigt eine schematische Darstellung mit belastungsorientierten Verstärkungsstrukturen in Form einer Rippenstruktur, die mit optimierten Konturen nach dem Verfahren der Zugdreiecke ausgestattet ist. In dieser Figur wird das Verfahren der Zugdreiecke schematisch dargestellt, am Beispiel einer Verstärkungsstruktur in Form einer Verstärkungsrippe.
An das untere Ende der zu konstruierenden Versteifungsstruktur legt man zuerst einen 90° Winkel (10) an, das erste Zugdreieck an. Um eine symmetrische Formgebung zu erhalten, spiegelt man diesen Winkel an der 45° Ecke vertikal. Im nachfolgenden Schritt wird ein weiteres Zugdreieck (11) von der Mitte des unteren Dreiecks ausgehend eingefügt. Einfacherweise wird dieses weitere Zugdreieck mithilfe eines Zirkels, dessen Mittelpunkt die Ecke des ersten Zugdreiecks bildet, der den 45° Winkel zwischen Kathete und Hypotenuse bildet, konstruiert. Das neue Zugdreieck (11) besitzt dann keine 45° Winkel mehr, sondern nur noch zwei 22.5° Winkel und einen 135° Winkel. Wiederholt man diesen Vorgang nochmals und konstruiert ein drittes Zugdreieck (12), halbieren sich die beiden Winkel (11,25°) wiederum, ebenso wird der dritte Winkel dementsprechend immer stumpfer. Im Anschluss daran rundet man die Kontur in den Bereichen in denen die Zugdreiecke aneinandergrenzen noch etwas aus und erreicht so die gewünschte erfindungsgemäße Strukturform.
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

US 36588 [0015]
US 7156435 B1 [0016]
DE 29700259 U1 [0017]
JP 511801 A [0018]
JP 2001262527 A [0019]
DE 202010007573 [0020]
DE 3503250 A1 [0022]
EP 0693008 B1 [0064]
EP 0900131 B1 [0064]
EP 0888208 B1 [0064]
DE 102005041516 A1 [0064]
DE 102005041555 A1 [0064, 0070]
DE 19856236 A1 [0065]
EP 0693008 A1 [0068]
EP 0900131 A1 [0068]

Claims

Werkzeug, vorzugsweise handgeführtes oder handbetätigtes Werkzeug mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht, insbesondere schaufelartiges Werkzeug, beispielsweise Schneeräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basis- oder Primärstrukturierung ausgestattet ist und/oder diese Basisstrukturierung mit mindestens einer weiteren sekundären Strukturierung ausgestattet ist, wobei diese sekundäre Strukturierung belastungsspezifische, spannungsminimierte Konturen aufweist und/oder mindestens eine dünnwandige Materialschicht aufweist, welche mindestens zwei voneinander verschiedene Materialdicken besitzt.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen der mindestens einen funktionellen Basisstrukturierung aus mindestens zwei gleichen, ähnlichen oder verschiedenen Strukturelementen aufgebaut sind und diese Strukturen gleiche oder voneinander verschiedene Strukturgrößen aufweisen und, dass die aus diesen Strukturen aufgebaute funktionelle Strukturierung alle dünnwandigen Bestandteile des Werkzeuges oder Teile davon bedeckt, wobei die Strukturelemente der mindestens einen funktionellen Basisstrukturierung aus beliebigen Kombinationen von Erhebungen, Vertiefungen und ebenen Bestandteilen gebildet sind, wobei diese strukturbildenden Merkmale beliebige geometrische Formen bilden können, wobei die funktionelle Strukturierung mindestens einer dünnwandigen Materialschicht beliebige Funktionen bereitstellen.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine funktionelle Basisstrukturierung durch mindestens eine oder mehrere weitere funktionelle Basisstrukturierungen ergänzt werden kann, wobei diese funktionellen Basisstrukturierungen auf beliebige Weise miteinander kombiniert werden können, insbesondere voneinander räumlich getrennt, aneinander angrenzend, sich ganz oder teilweise überlappend oder ineinander liegend ausgeführt sein können, sowie verschiedenen Funktionen bereitstellen können und mit beliebigen anderen Strukturen kombiniert sein können.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine funktionelle Basisstrukturierung in einem beliebigen Verfahren und/oder Prozess ausgebildet werden kann, der zeitlich vor einem oder mehreren Umformungsprozessen, zur Ausbildung anderer Merkmale des Werkzeuges, ausgeführt sein kann, oder gleichzeitig ausgeführt werden kann oder nach einem oder mehreren Umformprozessen/Formprozessen zur Ausbildung anderer (sekundärer) Strukturen oder Merkmale.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine funktionelle Basisstrukturierung mit mindestens einem beliebigen Verfahren in mindestens eine dünnwandige Materialschicht eingebracht oder aufgebracht wird, wobei die dünnwandige Materialschicht aus beliebigen Werkstoffen (beispielsweise Metallen und deren Legierungen, insbesondere Leichtmetallen, Kunststoffen, Fasermaterialien und Naturstoffen, beispielsweise Holz (Laminaten) gebildet oder aus Kombinationen beliebiger Werkstoffe aufgebaut ist, sowie aus einem Materialverbund (Sandwich) von mindestens zwei oder mehreren dünnwandigen Materialschichten aufgebaut ist, wobei diese Materialschichten aus gleichen oder verschiedenen Werkstoffen bestehen können, wobei mindestens eine der dünnwandigen Materialschichten mit einer funktionellen Basisstrukturierung ausgestattet ist
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dünnwandige Materialschicht eine beliebige Materialdicke aufweist, vorteilhafterweise aber eine Materialdicke zwischen 10 mm und 0,1 mm aufweist, insbesondere aber eine Materialdicke zwischen 3 mm und 0,3 mm, wobei die mindestens eine dünnwandige Materialschicht auch verschiedene Materialdicken aufweisen kann.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine dünnwandige Materialschicht eine durch biegende Verformung aus ebenen Blechen, Bändern, etc. erzeugte dreidimensionale facettenförmige oder dreidimensional wellenförmige oder beul-, bzw. wölbstrukturierte Wandstruktur aufweist und eine Wand bildet, die verbesserte Steifigkeitswerte sowie schwingungsdämpfende Eigenschaften gegenüber unstrukturierten dünnwandigen Materialschichten bereitstellt, wobei die mindestens eine dünnwandige Materialschicht mit einer dreidimensional facettenförmigen Strukturierung versehen ist, wobei eben oder nur geringfügig gekrümmte Facettenflächen und Falten, bzw. Wülste aneinander gereiht sind oder dass die dünnwandige Materialschicht mit einer dreidimensionalen Wellenstrukturierung versehen ist, wobei Kalotten und Wülste aneinandergereiht sind, oder dass die dünnwandige Materialschicht mit einer Beul- oder Wölbstrukturierung versehen ist, wobei Mulden und Falten aneinandergereiht sind.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrdimensionale funktionelle Strukturierung mindestens einer dünnwandigen Materialschicht nach einem auf Basis der Selbstorganisation beruhenden Verfahren hergestellt ist.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionelle Basisstrukturierung mindestens einer dünnwandigen Materialschicht durch mechanisches Prägen, beispielsweise durch zwei mechanische Formwerkzeuge oder durch mindestens ein mechanisches Formwerkzeug und mindestens ein Wirkmedium erzeugt wird, wobei die Materialdicke nicht oder nur unwesentlich verändert wird, oder dass die mehrdimensionale funktionelle Basisstrukturierung mindestens einer dünnwandigen Materialschicht durch mechanische Walzverfahren (z. B. dessinierte Platten) erzeugt wird.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Strukturen der Basisstrukturierung aus anderen Materialien gebildet werden als die dünnwandige Materialschicht und dass diese Strukturen der funktionellen Strukturierung mit beliebigen Verfahren permanent oder temporär aufgebracht werden, wobei diese Strukturen, welche mindestens eine Basisstrukturierung bilden beliebige Funktionen bereitstellen.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen der funktionellen Basisstrukturierung Strukturgrößen im Mikro- und Nanometerbereich aufweist, wobei diese funktionelle Basisstrukturierung durch beliebige Verfahren erzeugt werden kann, insbesondere durch geeignete Beschichtungsverfahren (z. B. mit Lacken, Farben, Folien etc.), wobei diese Strukturierungen beliebige funktionelle Eigenschaften bereitstellen, beispielsweise Antihafteigenschaften, Selbstreinigungseigenschaften usw.
Werkzeug mit mindestens einer funktionellen Basisstrukturierung nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine funktionelle Basisstrukturierung durch beliebig an- oder aufgebrachte ergänzende Strukturelemente erzeugt wird, wobei diese ergänzenden Strukturelemente, welche in ihrer Gesamtheit die funktionelle Basisstrukturierung bilden, durch beliebige Befestigungsverfahren an- oder aufgebracht werden, insbesondere durch Klebe-, Schweiß-, Schraub, Nietverfahren etc.
Werkzeug, vorzugsweise handgeführtes oder handbetätigtes Werkzeug mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht, insbesondere schaufelartiges Werkzeug, beispielsweise Schneeräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dünnwandigen Materialschicht des Werkzeuges mindestens eine hexagonale Struktur aufweist und/oder mindestens eine Beul- oder Wölbstruktur und/oder mindestens eine dreidimensional wellenförmige Struktur und/oder mindestens eine dreidimensional facettenförmige Struktur aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 1, vorzugsweise handgeführtes oder handbetätigtes Werkzeug mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht, insbesondere schaufelartiges Werkzeug, beispielsweise Schneeräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dünnwandigen Materialschicht des Werkzeuges mindestens ein spannungsoptimiertes Strukturelement aufweist, welches mit Konturen versehen ist, die nach dem CAO Verfahren, oder mit dem Verfahren der Zugdreiecke erzeugt wurden.
Werkzeug nach Anspruch 1, vorzugsweise handgeführtes oder handbetätigtes Werkzeug mit mindestens einer dünnwandigen Materialschicht, insbesondere schaufelartiges Werkzeug, beispielsweise Schneeräumvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine dünnwandigen Materialschicht des Werkzeuges mindestens zwei voneinander verschiedene Materialdicken aufweist, welche z. B. durch flexibles Walzen erzeugt wurden.