DE102014011775B4

DE102014011775B4 - Faltstruktur, Bauelement-Verbindung, Sandwichplatte, sowie Faltverfahren und -werkzeug

Info

Publication number: DE102014011775B4
Application number: DE102014011775.8A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-09
Filing date: 2014-08-09
Publication date: 2016-08-11
Anticipated expiration: 2034-08-10
Also published as: DE102014011775A1; US20160039164A1; US9403338B2

Abstract

Eine nicht zurück ausfaltbare, regelmäßige, dreidimensionale, flächig sich erstreckende Faltstruktur zur Verwendung im Leichtbau, in der mindestens einmal zwei gefaltete Lagen aus jeweils einem ursprünglich plan in einer Nullebene liegenden Zuschnitt aus einem ebenen flächigen Werkstoff untereinander verbunden sind, wobei jeder der später untereinander verbundenen, ursprünglich ebenen Zuschnitte Faltlinien (12) aufweist, und einer der Zuschnitte in regelmäßigen Abständen polygonale Löcher (14) hat und in polygonale, plane Teilstücke unterteilt ist, die – vom Zuschnitts-Rand abgesehen – geradlinig jeweils durch Faltlinien (12) oder Lochrand-Abschnitte (13) begrenzt sind, wobei in einer fertig gefalteten Lage die Teilflächen zum Teil parallel zur Nullebene liegen, zum übrigen Teil angewinkelt zu dieser liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: es alle untereinander verbundenen, ursprünglich ebenen, periodisch gemusterten Zuschnitte (8) sind, die Löcher (14) haben, und diese Zuschnitte in ebenem Zustand – abgesehen vom besonders geformten Zuschnitts-Rand sowie von einem möglichen, geringfügigen Parallelversatz aller Linien, d. h. Faltlinien (12) und Lochrand-Abschnitte (13), zur Berücksichtigung der Werkstoffdicke – deckungsgleich sind, und dass jeder der vielfach durchlochten Zuschnitte (8) sich in mehr als nur einer Richtung der Nullebene zusammenfaltet, weil er vollständig und regelmäßig in so viele Teilflächen, im Folgenden „Segmente” genannt, unterteilt ist, dass maximal zwei Löcher (14) zum Rand eines jeden Segments gehören, und dass die aus der Unterteilung resultierenden Segmente (6, 7) so angeordnet sind, dass sie entlang ihrer gemeinsamen Faltlinien (12) Seite an Seite Polygone (4, 5) besetzen, die in sich überlagernden gedachten Ketten (10, 11) aufgereiht sind, welche ein gedachtes Netz bilden, in dessen von Polygonen frei gebliebenen, gedachten Maschen besagte herausgeschnittenen Löcher (14) angeordnet sind, und dass jedes polygonale Loch (14) jedes ebenen Zuschnitts (8) am Ende des den Zuschnitt sowohl in Längs- als auch In Querrichtung verkürzenden Faltvorgangs sich zu einem Fugengebilde (30) von zumindest zwei sich in zumindest einem Schlusspunkt (21) treffenden Fugenzügen (31, 31) geschlossen hat, wodurch sich nach dem Falten aus jedem Zuschnitt eine – abgesehen von besagten Fugenzügen – ununterbrochene, durchgängig lückenlos geschlossen flächige Faltstruktur-Lage (28) mit beidseitig reliefierter Oberfläche und mit einer Vielzahl von in mehreren Richtungen der Nullebene gereihten Kassetten gebildet hat, wobei die Segmente der anfänglich ebenen Zuschnitte im Faltzustand und in der fertig gefalteten Lage zum Teil als „H-Segmente” (6) horizontal parallel zur Nullebene liegen und zum übrigen Teil als ...

Description

Diese Erfindung betrifft eine räumliche Tragwerksstruktur aus mindestens einem ebenen Zuschnitt, Eine solche Tragwerksstruktur wird abkürzend Faltstruktur genannt. Sie ist vorgesehen zur Verwendung in den verschiedensten technischen Gebieten des Leichtbaus in unterschiedlichen Wirtschaftszweigen. Außerdem betrifft diese Erfindung die Verbindung der Ränder zweier Stücke einer solchen Faltstruktur als Bauelemente, ferner eine Sandwichplatte mit dieser Faltstruktur als Kernschicht, sowie ein Verfahren und ein Faltwerkzeug zum Falten eines ebenen Zuschnitts für eine solche Faltstruktur.
Eine Faltstruktur ist ein im Wesentlichen durch regelmäßiges, vielerorts gleichzeitig stattfindendes Falten mindestens eines ebenen Zuschnitts von einem in Bogen- oder Platten-Form vorliegenden flachen Werkstoff hergestelltes Gebilde mit beidseitig in einem periodischem Muster angeordneten Erhebungen und Vertiefungen. Dieses Muster wird im Folgenden „Reliefmuster” genannt. Der ursprünglich ebene Zuschnitt ist in viele plane Segmente unterteilt, das heißt, in flächige Teilstücke als kleine Abschnitte im ursprünglich durchgängigen Werkstoff.
Die Faltstruktur erstreckt sich flächig in einer X-Y-Ebene, im Folgenden als „Nullebene” bezeichnet. Wegen ihres Reliefs weist sie eine Höhe in der zur Nullebene senkrechten Z-Richtung auf – in einer Proportion zwischen der zweifachen Kantenlänge eines Segments und der zweifachen Länge einer Grundeinheit des Reliefmusters in der X- oder der Y-Richtung.
Miura-Faltstrukturen gemäß Patent JP 3673519 B2 haben den Nachteil, mit ihrem aus einem ebenen Zuschnitt ohne Löcher und Schlitze gefalteten Zickzack-Reliefmuster in die Nullebene des ursprünglichen flachen Zuschnitts zurück ausfaltbar zu sein. Sie können somit für sich alleine weder Kräfte übertragen noch unter Belastung ihre Form behalten. Erst im Verbund mit einer ebenen Deckschicht und somit nur als Faltkern einer Sandwichplatte werden sie fixiert). Zudem unterliegt die Faltstruktur im Detail jeweils am Treffpunkt von vier Falten geometrisch bedingten Zwängungen, insbesondere wenn der flache Werkstoff eine nennenswerte Dicke hat. Daran ändern auch länglich flächige horizontale Abkantungen der Falten gemäß 2 der Offenlegungsschrift DE 2213472 A der Anmeldung von Koryo Miura 1972 oder auch etwas breitere flächige Abkantungen der als Kehlen und Grate sichtbaren, im Verlauf auf- und absteigenden Falten gemäß 1 des Patents US 0201/10281080 A1 in der Art von Fasen nichts grundsätzlich.
Durch die Zwängungen in den Falt-Eckpunkten wird die Faltstruktur trotz gelenkiger Falten wieder auseinandergetrieben. Deshalb muss jeder Zuschnitt nicht nur zum Initiieren des Faltvorgangs, sondern auch während des Faltvorgangs an sehr vielen Stellen geführt werden. Dies geschieht im Fall eines kompakt begrenzten Zuschnitts durch Stäbe an Scherengittern. Im Fall einer kontinuierlichen Produktion geschieht dies durch eine Reihe von Walzenpaaren mit am Walzen-Mantel unterschiedlich tiefem Relief gemäß US 6,913,570 B2 oder mit zunehmender Walzenbreite gemäß US 7,758,487 B2 . Die inneren Zwängungen der fertig gefalteten Miura-Faltstruktur können gemildert werden, wenn die Faltlinien ganz tief und breit gearbeitet sind. Dies wiederum schwächt sie insgesamt. Zur Verbreiterung der nur linearen Verbindungen einer solchen Faltstruktur mit den Deckschichten muss viel Kleber verwendet werden. Er muss dickflüssig sein und sich nach Erhitzung gut an die benachbarten Flächen anschmiegen. (Produkte der Firma Foldcore GmbH, Stuttgart., http://www.foldcore.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=70:verbindungstechnik&catid=42:verbindungstechnik&Itemid=70). Außerdem können ohne Verstärkung durch Imprägnierung oder Umhüllung mit Harz die in einem Stützkern-Hohlraum noch frei liegenden, also nicht mit den Deckschichten verbundenen, von oben nach unten verlaufenden langen Falten leicht von der geplanten geraden Faltlinie partiell abweichen und wegknicken.
Faltstrukturen mit dem altbekannten Sechseck-Bienenwabenmuster für eine Sandwichplatten-Kernschicht, neuerdings gefaltet aus einem einzigen ebenen, aber durchlöcherten Zuschnitt von der Rolle, können zwar für sich bzw. innerhalb von sich bereits gut an vielen Segment-Oberflächen zusammengeklebt werden, so dass sie nicht zurück ausfaltbar sind (Pflug, J., Verpoest, I., Vandepitte, D.: Folded Honeycombs – Fast and continuous production of the core and a reliable core-skin bond, K. U. Leuven). Jedoch sind es nicht alle hier in der fertigen Waben-Lage senkrecht stehenden Segmente, welche bei späterer Verarbeitung in einer Sandwichplatte an ihren Rändern über zusätzliche, meist kleine Segmente als Klebelaschen mit den Deckschichten direkt verbunden werden. Außerdem gibt es durch flächige Verklebung Segment an Segment gedoppelte wie auch noch einzeln bleibende senkrechte Segmente, so dass die Struktur gerichtet, anisotrop ist.
Die in Patent WO 2009/087304 A1 als „Structure Tridimensionelle” offenbarte, auch ohne Deckschichten nicht zurück ausfaltbare, und einigermaßen richtungslose, regelmäßige dreidimensionale Struktur stellt den jüngsten Stand der Technik einer Faltstruktur dar. Sie besteht aus mindestens zwei Lagen jeweils eines gefalteten Zuschnitts aus einem ebenen flächigen Zuschnitts-Werkstoff, wobei alle Faltlinien eines Zuschnitts parallel sind. Dieser Faltstruktur liegt bereits als räumliches Muster eine geometrisch perfekte Dichte Packung aus zweiseitig leicht abgekanteten Tetraedern und aus leicht abgestumpften Pyramiden zugrunde, die geometrisch – allerdings ohne Abkantung – aus ebenen Raumfachwerk-Trägerrosten bekannt ist.
Aber auch hier treffen sich die beiden Lagen im Detail im Wesentlichen nur Kante auf Fläche, also nicht Fläche auf Fläche. Deshalb ist auch hier viel dickflüssiges Harz nötig, um die lediglich linearen Verbindungen zu den Segmenten eines anderen Zuschnitts tatsächlich herzustellen. Das gefaltete Fasermaterial wie z. B. Aramidfaserpapier wird deshalb eher mit Kunstharz getränkt und überzogen, als nur imprägniert. Ansonsten könnten die schrägen kleinen Segmente mit ihren freien, losen Kanten einfach wegknicken. Oder es müsste ein sehr fester, homogen flächiger Zuschnitts-Werkstoff verwandt werden, bei dem auch biegesteife und dadurch wie eine Einspannung wirkende Faltknicke für die nötige Robustheit sorgen würden, was nur bei Blech ohne perforierte Faltlinien der Fall sein könnte, was wiederum die Faltung aber erschweren würde und ihr den Charakter einer Pressung gäbe. Die Vorteile des Faltens würden somit konterkariert.
Der eine, regelmäßig mit Löchern versehene der beiden verschiedenen Zuschnitte hat große, nahe beieinander liegende Löcher, so dass zwischen diesen Löchern nach deren Ausschneiden nur kleine Stege für die abgestumpften Pyramidenspitzen bleiben, die als sehr kleine Segmente auch nur als sehr kleine Kontaktflächen zum flächigen Kleben dienen können.
Zwei gemäß diesem Patent gefaltete und ausreichend fest zusammengeklebte Zuschnitte sind als Faltstruktur zwar in der einen Richtung der Nullebene biegesteif, können in der anderen aber sehr leicht elastisch gebogen werden, weil lediglich die Dicke des Zuschnitt-Werkstoffs zur Biegesteifigkeit beiträgt. Erst mit einem dritten Zuschnitt wird dann eine vom statischen System her durch Scheibenwirkung im Kleinen biegesteife Faltstruktur erreicht, die mit genügend Harzkleber auch so robust ist, dass sie selbständig, also ohne zumindest eine glatte Deckschicht, als Tragstruktur dienen kann. Nur mit dieser dritten gefalteten Schicht wird die Struktur sowohl in der X- und Y-Richtung als auch in der Z-Richtung, also auch nach oben und unten, jeweils geometrisch gleichartig, und damit auch gleich steif und somit bestmöglich richtungslos, anisotrop, wobei im Detail der unterschiedlich hoch gelagerten horizontalen Flächen noch eine Ungenauigkeit bleibt, die beim Hinzufügen planer Deckschichten dann mit viel Harzkleber oder mit der Nachgiebigkeit des noch nicht getränkten Werkstoffs gemeistert werden muss.
Somit kann der scheinbare Vorteil von Faltstrukturen als Leichtbau-Erzeugnis, mit weniger Einsatz von Material und Energie nicht nur erst bei der Verwendung, sondern auch schon bei deren Herstellung auszukommen, faktisch nicht voll genutzt werden. Deshalb bieten sich für den gleichen Verwendungszweck bei gleich hohem technischen Aufwand weiterhin gleich robuste Alternativen mit dann anders als durch Falten hergestellten Platten an, die erwähnt werden müssen, weil deren Reliefmuster in Teilaspekten für die Beispiele erfindungsgemäßer Faltstrukturen von Bedeutung sind.
Verwendungs-Alternativen zur Variante der „Structure Tridimensionelle” mit nur zwei gefalteten Lagen wären jeweils einlagige, gemustert tiefgezogene und dann mit planen Deckschichten verschweißte Kernschichten einer Strukturkammerplatte aus Thermoplasten, zum einen eine Kernschicht, die ein Reliefmuster aus alternierend entgegengesetzt beidseitig nach oben oder unten ausgerichteten kleinen Wellenbergen mit abgeflachten Spitzen hat (Patent US 5,400,918 ), zum anderen eine Kernschicht mit in der gleichen Muster-Symmetrie angeordneten Kegelstumpf-Noppen der Firma Triplex GmbH, Haiterbach).
Verwendungs-Alternativen zur Variante der „Structure Tridimensionelle” mit einer Lage mehr, also mit dann drei Lagen, wären Tragstrukturen aus zwei gegeneindergesetzten Lagen mit jeweils einem Reliefmuster aus Pyramidenstümpfen. Das waren zum einen das Pressen von Naturfasern in einer Trockenzeit benötigenden Harz-Matrix, als Reliefmuster aus größeren spitzen, ohne Abstand angeordneten Vierecks-Pyramiden mit abgerundeten Kanten (Wonneberger, M. – Invent GmbH – und Leutermann, H. – Pyra Tec GmbH –: „Innovative Wabensysteme für Leichtbauanwendungen”, 2005), zum anderen das Pressen (Blech), Spritzgießen, Tiefziehen (Kunststoff) oder Laminieren (Kunstharz) von nachgiebigem Fasermaterial, als Reliefmuster aus beabstandeten 3-, 4-, 6- und 8-eckigen Pyramidenstümpfen ( DE 199 44 662 C5 : „Räumliche Tragkonstruktion aus flächigen Formbauteilen”, 2009, Firma Borit, Aachen).
Der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine möglichst gleichmäßige, isotrope, richtungslose, nicht zurück ausfaltbare, geometrisch exakte Faltstruktur herzustellen, die robust ist, ohne großen Aufwand an Energie und Material in Bezug auf dessen Menge oder Festigkeit zu verursachen, so dass auch kostengünstige und natürliche Materialien zum Einsatz kommen können.
Dieses Problem wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst, indem zwei anfänglich ebene Zuschnitte, bevor sie zusammen, einander flächig berührend und fest verbunden, eine Faltstruktur mit beidseitig geschlossen facettierter Oberfläche bilden, deckungsgleich sind, wobei beide Zuschnitte eine Vielzahl von Löchern haben, die sich am Ende des Faltvorgangs zu Fugengebilden schließen, so dass sich aus jedem Zuschnitt jeweils eine lückenlos durchgängig flächige Lage mit einem polygonisierten Reliefmuster in einer periodisch gemusterten Systemfläche aus konvexen Polyflächen bildet.
Den Polygonen einer einzelenen Polyfläche entsprechen die zu einem ursprünglich ebenen Zuschnitt gehörenden Segmente einer Kassette, die sich aus der Nullebene des ursprünglich ebenen Zuschnitts heraus faltet. Eine Kassette der fertigen Lage einer Faltstruktur ist meist konisch ausgeformt und hat somit die Form eines Pyramidenstumpfs. Beim festen Verbinden der Zuschnitte wird wechselseitig jede geradlinige Fuge der einen Lage in voller Länge von zumindest einem Segment der anderen Lage überbrückt. Dabei ist jedes Polygon der Systemfläche mit maximal zwei Segmenten besetzt, deren Oberflächen zudem koplanar sind,
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass dank der Kontinuität der Gesamtfläche der von Kontaktfläche zu Kontaktfläche paarweise fest verbundenen Segmente beider Lagen auch ein dünnerer, weniger fester und leichter wiederverwertbarer Werkstoff zum Einsatz kommen kann.
Das geometrisch exakte Ausstanzen wie auch das Ausschneiden und das Falten von sich nicht innerhalb der Ebene ihrer Fläche verziehenden, also verschiebefesten flachen Werkstoffen ermöglicht die Herstellung auch fein gemusterter Faltstrukturen mit geringer Dicke. Somit kann der flächig ebene Zuschnitts-Werkstoff den Größenverhältnissen und den anwendungsbezogenen Belastungsanforderungen gemäß ausgewählt werden; er kann dick und steif als Plattenmaterial oder dünn und biegsam als Rolle geliefert werden.
Einerseits lassen sich – auch ohne innere mittige Verstärkung durch die mittige Einlage eines festeren, zäheren Materials – einfache, anspruchslose, stanzbare Werkstoffe aus Zellstoffasern wie Pappe, Karton und Papier verarbeiten, bei denen die Werkstoffdicke wie auch noch bei Blech oder dünnen Kunststoffplatten ignoriert werden kann, wobei die Faltlinien je nach Werkstoff durch ein Einprägen von Rillen, durch Ritzen, Gravieren, Fräsen, Perforieren, oder durch Anlösen, Aufweichen oder Anschmelzen hergestellt werden.
Andererseits lässt sich auch dickes, starres und deshalb biege- und verwindungssteifes Plattenmaterial für größere Strukturen oder größere Belastungen verarbeiten, wie z. B. Sperrholz mit einer mittigen Einlage aus Gewebe in flexibler Matrix, wobei die Einlage nach dem Einfräsen einer Faltlinie ins Sperrholz als Faltgelenk übrig bleibt, oder nicht zuletzt auch wie Leichtbau-Plattenmaterial, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen nach Anspruch 8, bei dem, nach dem Einschneiden entlang der Faltlinie hinein in die Kernschicht, nur eine Deckschicht übrigbleibt, in der sich ein kontinuierliches außermittiges Faltgelenk als Living Hinge bildet.
Das Trapez-Profilmuster im Anschnitt einer erfindungsgemäßen Faltstruktur ähnelt dem eines üblichen Trapezblechs. Das bewirkt in Längsrichtung die für ihre Biegesteifigkeit nötige statische Höhe; in Querrichtung bewirkt es, ähnlich wie die Diagonalen eines Fachwerkträgers, die Schubfestigkeit. Gleiches gilt beim Vertauschen der beiden Richtungen. Beide Richtungen unterstützen sich zur Aussteifung wechselseitig. Darüber hinaus stellen die mit einem trapezförmigen – anstatt eines V- bzw. lambdaförmigen Profils — einhergehenden, entsprechend größeren horizontalen Polygone als Deckel von Pyramidenstümpfen nun größere horizontale Kontaktflächen dar, an denen gefaltete Zuschnitte als Faltstruktur-Lagen sowie Faltstrukturen als Faltstruktur-Komponenten oder als Schichten regelmäßig an vielen Stellen so flächig wie möglich nicht nur untereinander, sondern auch nach außen mit planen Deckschichten verbunden werden können.
Die großflächige Berührung zweier Lagen untereinander innerhalb einer Faltstruktur zur einfach ausreichend zu bewerkstelligenden, weil im Wesentlichen schubbeanspruchten – und damit nicht wegen Schälkräften aufreißen könnenden, nur sekundär scher- und biegebeanspruchten festen Verbindung im Kleinen durch örtliche Überlappung der Lagen dank Fugenversatz überall ermöglicht ein breites Spektrum von Verbindungsmitteln: Pro Segment-Paar kann die feste Verbindung bei kleinen Segmenten vollflächig, und bei größeren Segmenten auch linear oder punktuell sein – Letzteres beim Punktschweißen.
Die Verbindung der Lagen kann in Verfahren ohne großen Anpressdruck erfolgen, weil keine geometrisch bedingten Zwängungen ein exaktes Falten der Zuschnitte behindern. Dank der Löcher in den Zuschnitten werden nämlich die beim Aufeinandertreffen mehrerer Faltlinien im Faltgebilde unvermeidlichen Zwangspunkte grundsätzlich vermieden.
Die beste feste Verbindung ist nicht punktuell oder linear, sondern restlos flächig, also überall innerhalb jeder Kontaktfläche – bewerkstelligt vorzugsweise einfach durch Kleben, aber auch durch Anlösen der Oberfläche. Am einfachsten ist das Kleben durch Aufsprühen.
Der verwendete Zuschnitts-Werkstoff kann so ein in sich zusammenhängendes Fasermaterial mit wenig Leim sein. So sind die Fasern mehr als lediglich die Bewehrung oder Trägerschicht eines ausgehärteten Matrix-Körpers. Bislang noch sehr bedingt abbaubare Harze können so zumindest teilweise eingespart werden – zugunsten billigen, natürlichen, abbaubaren Fasermaterials.
Kleber und Leim im zugeschnittenen Faserwerkstoff haben dabei am besten beide die gleiche stoffliche Grundlage. Der Zuschnitts-Werkstoff sollte vor dem Zuschneiden nicht mit Kunstharz vorimprägniert sein, damit der danach zurückbleibende Schnittabfall einfach wiederverwertet werden kann. Deshalb sollte er für sich allerdings bereits verschiebefest und steif genug sein.
Zwischen anderen Bauteilen kann die neue Faltstruktur als Schicht gut als Abstandhalter eingesetzt werden, beispielsweise als luftführende Unterkonstruktion für hinterlüftete Fassaden, als Hohlraum-Installationsböden-Estrich-Gussform, als Balkon-Plattenbelag-Aufständerungs-Schicht). Zudem eignet sie sich, wenn mindestens eine der beiden Oberflächen frei liegt, zur Schalldämpfung, verarbeitet als Be- bzw. Verkleidung oder auch als selbständiges Element – als Wandung von Maschinengehäusen, als Verkehrs-Lärmschutzwand oder Schaltafel für Letzteres in Beton, als sichtbar kassettierte Akustik-Fassade, Akustikwand oder Akustikdecke sowie als Akustik- Wand- oder Deckenbekleidung.
Einerseits sind unverbunden mehrere Stücke einer Faltstruktur aus überall vollflächig miteinander verbundenen Lagen nach Anspruch 2, die im Folgenden „Doppellagige Faltstruktur” genannt wird, trotz ihrer Höhe als Einzelstück meistens gut stapelbar für Lagerung und Transport – ähnlich wie Eierkartons. Das trifft nur nicht für solche mit rechtwinklig kubischen Reliefmuster mit einem U-Rechteck anstatt eines Trapezes im Profil zu. Andererseits können diese Stücke aber auch als Schichten, Abstand bildend und sperrig, exakt gegeneinander gewandt werden und, sich nicht an ihren schrägen Segmenten, sondern nur an ihren horizontalen Segmenten berührend, miteinander zu beliebig dicken, und somit raumgreifenden Faltstrukturen fest verbunden werden.
Die Ausführungsart einer Doppellagigen Faltstruktur nach Anspruch 3, im Folgenden „Wellstruktur” genannt, weist ein in zwei oder drei Richtungen gewelltes Reliefmuster für Kassetten auf, die alternierend zu den beiden Seiten oberhalb und unterhalb der Nullebene ausgerichtet sind. Die Faltkanten zwischen mehreren schräg zur Nullebene liegenden Segmenten treffen sich dabei in einem Punkt in der Nullebene in einer Lage gleichsam als Mittelpunkt einer polygonisierten symmetrischen Sattelfläche, wodurch diese Kanten relativ kurz und somit wenig knickgefährdet sind. Zudem sind ihre Zuschnitte, wie eine Miura-Faltstruktur, ein räumlicher Faltmechanismus mit nur einem Freiheitsgrad, wodurch das Falten erleichtert wird. Dies gilt allerdings nur dann, wenn überall eine flächige Unterlage als Gleitlager vorhanden ist.
Eine Wellstruktur ist, elastisch als Ganzes aus der Nullebene herausgebogen, auch als Faltkern für monoklastisch gekrümmte Sandwichplatten verwendbar.
Der Vorteil der Ausführungsart als Wellstruktur besteht darin, dass es bereits nur zwei gefaltete ebene Zuschnitte sind, welche für die Herstellung einer robusten, in der Fläche isotropen und beidseitig oben und unten gleichen Faltstruktur genügen. Eine dritte Lage ist nicht nötig, um die beabsichtigte flächige Richtungslosigkeit und beidseitige Gleichheit zu erreichen.
Nach Anspruch 4 besteht eine Wellstruktur aus sehr wenigen und zudem einfach geformten Segmenten, weshalb sie sehr gut für die Ausführung in kleinen Größenverhältnissen mit kleinen Abmessungen, also für Feinstrukturen mit geringer Relieftiefe, geeignet ist. Aber auch in einer Ausführung aus Segmenten mit größeren Abmessungen lassen sich Stücke einer Wellstruktur gut verwenden, z. B. als tafelartige, rahmenlose vorgefertigte Bauelemente für weitgespannte Fassadenbekleidungen. Dabei ist entweder bereits der ebene Zuschnitt schon passend umrissen; oder aber das benötigte Stück wird in Übereinstimmung mit dem Reliefmuster aus einer in großen Flächenabmessungen als Halbzeug vorliegenden Wellstruktur herausgeschnitten. Mit rechtwinkligen Kassetten ist auch ein Möbel als Raumteiler mit beidseitiger Regal-Funktion faltbar.
In einer Ausführungsart nach Anspruch 5 mit pro Lage nur einseitig ausgerichteten Kassetten in der Form von Pyramidenstümpfen mit relativ langen, ganz von oben nach unten führenden Faltlinien können die Kassetten der beiden einander zugewandten Lagen so ineinandergreifen und zugleich aufeinander- und gegeneinander gesetzt werden, dass diese beiden Lagen in regelmäßigen Abständen jeweils zwischen mehreren schräg liegenden Segmenten Hohlräume nicht nur übriglassen, sondern auch einschließen. Aus Teilbereichen all dieser Segmente bilden sich vielflächige, zellenartig geschlossene Hohlkörper als integraler Bestandteil einer durch sie steifen räumlichen Faltstruktur, die im Folgenden „Zellstruktur” genannt wird. Außerdem bekommt jede gerade, von oben nach unten führende Falte einer Lage der Faltstruktur zusätzlichen seitlichen Halt durch ein an ihr schräg zur Nullebene anliegendes Segment oder sogar zugleich durch eine an ihrer Faltlinie entlang verlaufende Falte der anderen Lage. Keine von oben nach unten führende Fuge muss unüberbrückt bleiben.
Zellstrukturen können wegen der regelmäßig die Faltstruktur in sich versteifenden Zellen selbsttragend ohne Unterkonstruktion zum Einsatz kommen. Die eingeschlossenen Hohlräume können zudem als Resonanzkörper genutzt werden, wenn der Werkstoff passend gelocht wurde, oder als Beleuchtungskörper genutzt werden, wenn der Werkstoff passend gelocht wurde oder zumindest teilweise transluzent ist.
Die Gesamtfläche der schrägen und horizontalen Kontaktflächen der miteinander paarweise sich zur Verbindung berührenden Segmente der beiden Lagen ist auch hier zwar durchgängig wie bei einer Doppellagigen Faltstruktur nach Anspruch 2, lässt aber an den Stellen der Hohlräume gleichsam Inseln frei, wo sich die Lagen nicht berühren.
In einer Zellstruktur genügen nach Anspruch 6 auch schon zwei Lagen insgesamt, um eine Faltstruktur herzustellen, die mit ihren völlig umschlossenen Raumzellen der „Structure Tridimensionelle” in deren Ausführungsart mit drei Lagen vergleichbar ist.
Zellstrukturen sind auch an ihren Anschnitt-Rändern weniger nachgiebig als Wellstrukturen, weil hier viele Diagonalen angeschnitten sind, die sich mit denen des Anschnitts einer als Bauelement gestoßenen benachbarten Faltstruktur kreuzen können anstatt sich zu verfehlen. Hierdurch können sich die Anschnitt-Ränder von stumpf gestoßenen Faltstruktur-Stücken auch bei einem weicherem Werkstoff nicht so leicht ineinanderdrücken lassen.
Der Anspruch 7 kombiniert zwei Doppellagige Faltstrukturen aus zwei jeweils gemäß Anspruch 2 vollflächig verbundenen Lagen einerseits mit der Bildung von stabilen Zellen mit Hohlräumen zwischen zwei Lagen in der Art von Anspruch 5 andererseits in einer Vierlagigen Zellstruktur. Das sorgt für mehr Robustheit und ermöglicht zudem ein größeres Spektrum an Reliefmustern.
Speziell nach Anspruch 8 sind dabei die beiden Lagen baugleich, also nicht spiegelbildlich zueinander.
Der Anspruch 9 betrifft die einfach herzustellende, stabile, lückenlose und dadurch unauffällige wechselseitige Verbindung zweier Relief-Bauelemente am Rand zweier jeweils aus einer Wellstruktur herausgeschnittenen Stücke, und zwar mittels einer durch regelmäßige Faltung versteiften Lasche, die, was Zuschnitt und Faltung betrifft, dem Reliefmuster folgt, wobei die Verbindung mindestens so steif ist wie die Wellstruktur in sich. Die Verbindung funktioniert nicht nur zwischen zwei Relief-Bauelementen in ein und derselben Nullebene, sondern gerade auch in zwei Nullebenen über Eck, ohne an der Ecke aus den beiden Bauelementen das Reliefmuster der Oberfläche zu brechen oder zu unterbrechen.
Gemäß Anspruch 10 ist eine Faltstruktur weiterverarbeitet als gefaltete Kernschicht in einer Sandwichplatte, als Faltkern. Mit einer Wellstruktur als Faltkern wird eine Verbesserung, d. h. höhere Steifheit und Richtungslosigkeit gegenüber Wellpappe erreicht und eine Verwendungs-Alternative insbesondere zu extrudierten Hohlkammerplatten oder tiefgezogen geschweißten Strukturkammerplatten geboten.
Gemäß Anspruch 11 ermöglicht eine Zellstruktur als Kernschicht in einer festen Verbindung mit zwei Deckschichten einen völlig geschlossenzelligen Sandwichplatten-Kern, wodurch die Sandwichplatte ein Ausmaß nicht nur an Biegesteifigkeit, sondern auch an Wärmedämmung erhält, welches mit Wellstrukturen erfindungsgemäß nach Anspruch 3 wie auch mit den bekannten Hohlkammerplatten, Strukturkammerplatten oder Miura-Faltkern-Sandwichplatten nicht erreicht werden kann, weil all diese Platten durchgängige, kontinuierlich die Kernlage durchziehende Hohlräume haben, die mitunter wenig treffend als „Zellen” bezeichnet werden.
Eine erfindungsgemäße, im Bereich von etwa 2 bis 6 mm eher dünne Faltkern-Sandwichplatte eignet sich für die Verarbeitung in Erzeugnissen, die nicht nur wegen der Materialersparnis, sondern gerade auch wegen eines energiesparenden Transports leicht und steif sein sollten, wie z. B. verwindungssteife Verpackungen, Ummantelungen oder Transportbehältnisse (Kiste, Kasten, Behälter, Container), Ausstellungs- oder Werbetafeln, für Kulissen, Lehrmittel oder Spielzeug oder -gerät. Dabei dürfen die Schnittkanten nicht zu scharfkantig sein, so dass Verletzungen durch Schneiden an vorstehenden Kanten oder durch Einklemmen in sich schließenden Faltfugen oder Zuschnitts-Löchern vermieden werden.
Darüber hinaus kann eine erfindungsgemäße, dünne Sandwichplatte, wenn sie aus dünnem, aber sehr festem Material besteht, ihrerseits selbst der Zuschnitts-Werkstoff sein, aus dem materialsparend eine erfindungsgemäße große Faltstruktur mit großen Segmenten gefaltet wird.
In verschiedenen Plattendicken ist die erfindungsgemäße Sandwichplatte mit verschieden feinem Reliefmustern für die Kernschichten nicht nur für mit- oder selbsttragende Hüllen, Plattformen, Decks, Tragflächen, Abtrennungen und Verkleidungen im Transportwesen allgemein und in der Luft- und Raumfahrt, wie etwa im Flugzeugbau verwendbar, sondern auch im sonstigen Fahrzeugbau (Waggon, Lokomotive, Seilbahn-Kabine, LKW-Aufbau, Wohnmobil, Wohnwagen, Anhänger, PKW, Schiff, Boot. Weitere Anwendungsmöglichkeiten gibt es im Maschinen- und Anlagenbau (Maschinengehäuse, Wartungsplattform, Trägerschicht für Aggregate wie z. B. Sonnenkollektoren), im Möbel-Laden-Messe- und Ausstellungsbau (Tisch- und Arbeitsplatte, Zwischen-, Seiten- und Rückwand, Boden, Deckel, Einlegeboden, Tür – jeweils von Regal, Schrank, Truhe, Theke, Postament, Raumteiler, Stellwand, Werbe-, Verkehrs- oder Hinweis-Schildträger), und allgemein im Bauwesen (Schalungselement, Hütte, Kabine, Baumodul, temporäres Bauwerk, Tierbehausung, sowie speziell im Innenausbau als Podium, flache Zuschauertribüne, aufgeständerter Hohlraumboden, feste oder bewegliche Trennwand, Raumteiler, WC-Abtrennung, eingespannte Geländerplatte, Tür- oder Tor-Flügel oder -Sektion.
Erfindungsgemäße, in etwa 8 bis 25 cm dicke Faltkern-Sandwichplatten könnten im Rohbau – dann eher aus einem massiven Werkstoff mit angefrästen Faltlinien – sich ohne Unterkonstruktion selbst und weitere horizontale oder vertikale Lasten abtragende, ganze Raumumhüllungen bilden, oder auch nur Raumbegrenzugen und Raumabschlüsse wie Boden-Vordach, Dach- oder Balkonplatte, Steg, Treppenlauf- und/oder Podestplatte, Brüstungs- und/oder Überzugsplatte oder -scheibe, und Wände bilden.
Ein Eckpaneel nach Anspruch 12 verbindet die Vorteile einer Sandwichplatte nach Anspruch 10 mit denen einer steifen Randverbindung über Eck nach Anspruch 9. Nicht nur glatte Fassadenecken können so gebaut werden, sondern auch Raumzellen mit steifen Ecken, aber auch Fussgängerbrücken als ein Träger mit einem U-Querschnitt für Deck und Geländer zusammen.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 13 vereinfacht das Falten eines ebenen Zuschnitts zu einer gefalteten, geschlossenen Lage einer erfindungsgemäßen Faltstruktur gegen den verbliebenen Widerstand noch etwas starrer Falten. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass die Lage einer erfindungsgemäßen Faltstruktur wie eine Miura-Faltstruktur ein Faltmechanismus ist, im Unterschied zu dieser aber eine polygonal begrenzte anstatt einer durchgängig oben und unten gerade begrenzten Silhouette hat, so dass das Falten einem Strangpressen durch ein Schablonen-Werkzeug hindurch, aber mit nur wenig Druck vergleichbar ist. Ein Falten in mehreren Etappen nacheinander kann so entfallen – ausgenommen eine Faltstruktur mit kubischer, rechtwinkliger Geometrie.
Ein Faltwerkzeug nach Anspruch 14 als räumliche Schablone in der Form eines zu passierenden Kanals mit einem im Laufe des Wegs sich veränderndem Lichtraumprofil leitet den durchlochten ebenen Zuschnitt beim Falten in einem Schritt kontinuierlich und bringt ihn so in die richtige gefaltete Form einer geschlossenen, reliefierten, danach noch mit mindestens einer anderen Lage zu verbindenden Lage.
Gemäß Anspruch 15 kann eine Faltstruktur auch, wenn bereits ein einzelnes Segment große Abmessungen hat, aus einzelnen Segmenten als tatsächlichen Einzelstücken mittels zusätzlicher Gelenke oder Scharniere zusammengesetzt sein. Damit ist die Faltstruktur in den verschiedensten Größenverhältnissen – also nicht nur mit ganz kleinen Segment-Abmessungen im Millimeterbereich oder mittleren bis um die 10 cm, sondern auch mit ganz großen Segment-Abmessungen im zweistelligen Zentimeterbereich – realisierbar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Zuvor aber noch Anmerkungen zur einheitlichen Art der Darstellung:
Ein räumliches Koordinatenkreuz dient der Orientierung. Die Nullebene wird als horizontal liegend dargestellt und auch so beschrieben. Vom Ursprung aus positiv ist X nach rechts und leicht nach vorne, Y nach hinten leicht nach rechts, und Z senkrecht nach oben gerichtet. Die beiden Oberflächen oder Seiten der Faltstruktur-Beispiele liegen also in Z-Richtung oben und unten. In schiefwinkliger Parallelprojektion dargestellte Objekte sind immer von oben rechts aus gesehen – aus immer exakt der selben Richtung, ausgenommen die 53, 56 bis 60, 64 bis 69, sowie 82.
Für das räumliche Verständnis der Darstellung sind alle Segmente zumindest einer Schar gleich ausgerichteter Segmente jeweils mit durchgängigen Strichen schraffiert. Diese sind am meisten vom Licht, das von links oben kommend gedacht ist, abgewandt.
Die meisten Darstellungen ignorieren die Dicke des Zuschnitt-Werkstoffs. In Schrägansichten in Parallelprojektion dienen dicke Linien dem Erkennen der am Ende der Faltung eigentlich unauffälligen geschlossenen Fugen in größtenteils unschraffierten größeren flächigen, lediglich durch Umrisslinien und dank von ihnen verdeckter Linien als flächig erkennbaren Gebilden. In unverzerrten Schnitten als Schnittansichten zeigen dicke Linien den Anschnitt selbst.
Jedes Zeichnungsblatt zeigt als ein Ausführungsbeispiel eine erfindungsgemäße Faltstruktur mit nur einem der möglichen Reliefmuster – immer mit den Zwischenschritten ihrer Entstehung. Winkel und Proportionen können von Muster zu Muster variieren – ohne Änderung der Topologie des Reliefmusters des Beispiels.
In verschiedenen Beispielen auch topologisch verschieden geformte Objekte mit dem selben wesentlichen Merkmal haben oft das gleiche Bezugszeichen.
Das Wort „hier” beschreibt im Folgenden Merkmale, die nur für ein Beispiel gelten. Das Wort „generell” leitet dann wieder zu Grundsätzlichem über, das für mehrere Beispiele gilt und über ein Beispiel hinaus das Wesen der Erfindung betrifft.
Die dargestellten Exemplare der Ausführungsbeispiele ebener Zuschnitte und Faltstrukturen erstrecken sich nur über wenige, formgleich wiederkehrende Grundeinheiten der periodisch gemusterten Systemfläche, damit ein Reliefmuster einerseits schon begreiflich ist, die Einzelheiten andererseits aber noch erkennbar sind. Es fehlen deshalb auch eher störend eingeschobene, eine Lücke darstellende Paare von parallelen Bruchlinien zur Kennzeichnung von Weggelassenem eines in Wirklichkeit immer viel größeren Zuschnitts. Aus Gründen der Platzersparnis sind allerdings einzelne Zuschnitte einseitig am Seitenrand abgeschnitten. Sie werden in der weiteren Beschreibung aber als ganze Stücke behandelt.
Oft sind in ein und derselben Figur Bezugszeichen, die der Kennzeichnung ein und desselben, aber klar erkennbar periodisch sich wiederholenden Objekts im Detail dienen, aus Platzgründen an verschiedenen Exemplaren eines solchen Objekts angeordnet.
Die wahre, nicht durch Schrägansicht verkürzte Länge der kürzesten Seitenlinie eines Polygons oder polygonalen Segments ist in den 1 bis 55 einheitlich gleich lang, ansonsten wegen vieler kleiner Polygone länger
Es zeigen im einzelnen:
1 den Schnitt einer bereits fertig gefalteten Lage aus 5, und die Draufsicht einer Grundeinheit ihres Reliefmusters,
2 eine Schrägansicht der flächig-reliefartigen Grundeinheit von 1,
3 zwei ebene Zuschnitte für die Doppellagige Faltstruktur von 6, mit Löchern und Faltlinien,
4 die zwei Zuschnitte von 3, im Faltzustand,
5 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 4, mit Fugen,
6 eine Doppellagige Faltstruktur mit zweizähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie,
7 Den Schnitt durch eine mehrschichtige – hier zweischichtige – Faltstruktur aus zwei sperrig aufeinandergelegten Doppellagigen Faltstrukturen jeweils gemäß 6,
8 eine Anordnung aus zwei Relief-Bauelementen über Eck, sowie ein Rhombendodekaeder als geometrische Grundlage ihres Reliefmusters,
9 den Schnitt einer bereits fertig gefalteten Lage aus 13, und die Draufsicht einer Grundeinheit ihres Reliefmusters,
10 mittig rechts eine Schrägansicht der Grundeinheit von 9, links die beiden diese bildenden konvexen Polyflächen, sowie rechts ein Gestutztes Tetraeder als geometrische Grundlage für eine mögliche Muster-Variante,
11 zwei ebene Zuschnitte für die Wellstruktur von 14, mit Löchern und Faltlinien,
12 die zwei ebenen Zuschnitte von 11, im Faltzustand,
13 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 12, mit Fugen,
14 eine Wellstruktur mit dreizähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie,
15 den Schnitt einer bereits fertig gefalteten Lage aus. 19, und die Draufsicht einer Grundeinheit ihres Reliefmusters,
16 unten eine Schrägansicht der Grundeinheit von 15, darüber die beiden diese bildenden konvexen Polyflächen,
17 zwei ebene Zuschnitte für die Wellstruktur von 20, mit Löchern und Faltlinien,
18 die zwei Zuschnitte von 17, im Faltzustand,
19 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 18, mit Fugen,
20 eine Wellstruktur mit vierzähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie, mit vielen Segmenten pro Fläche wie auch pro Reliefmuster-Grundeinheit,
21 ein Kuboktaeder als Grundlage für eine anders als in 16 proportionierte Grundeinheit,
22 drei gleiche, aber unterschiedlich ausgerichtete Relief-Bauelemente, zwei über Eck verbunden, sowie ein Gestutztes Rhombendodekaeder als räumliche Grundeinheit von deren Reliefmuster,
23 drei Relief-Bauelemente wie in 22, jedoch am Rand jeweils größer wegen trapezförmiger Segmente zur direkten Verbindung der Elemente untereinander,
24 vier gleiche, aber unterschiedlich ausgerichtete Relief-Bauelemente, zwei davon über Eck verbunden, sowie ein Gestutztes Oktaeder als räumliche Grundeinheit von deren Reliefmuster,
25 eine Schrägansicht der Grundeinheit von 27, gebildet aus dem Gestutzten Oktaeder von 24,
26 den Schnitt A-A einer bereits fertig gefalteten Lage aus 30 mit dem Profilmuster eines Anschnitts in 24 mit Verlauf in die Y-Richtung,
27 den Schnitt B-B der Lage aus 30 mit Verlauf in Richtung der X-Y-Winkelhalbierenden auch in 24, und die Draufsicht einer Grundeinheit für diese Lage aus 25,
28 zwei ebene Zuschnitte für die Wellstruktur von 31, mit Löchern und Faltlinien,
29 die zwei Zuschnitte von 28, im Faltzustand,
30 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 29, mit Fugen,
31 eine Wellstruktur mit vierzähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie, mit wenigen Segmenten pro Fläche wie auch pro Reliefmuster-Grundeinheit,
32 den Schnitt einer bereits fertig gefalteten Lage aus 36, und die Draufsicht einer Grundeinheit ihres Reliefmusters,
33 oben eine konvexe Polyfläche und darunter eine Schrägansicht der Grundeinheit von 32 an drei weiteren Polyflächen, sowie ganz unten ein konvexes Polyeder als räumliche Grundeinheit,
34 zwei ebene Zuschnitte für die Doppellagige Faltstruktur von 37, mit Löchern und Faltlinien,
35 die zwei Zuschnitte von 34, im Faltzustand,
36 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 35, mit Fugen,
37 eine nicht beidseitig – d. h. nicht oben wie unten – gleiche Doppellagige Faltstruktur mit vielen Segmenten pro Fläche, mit vierzähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie,
38 eine gegenüber 37 baugleiche Doppellagige Faltstruktur, von unten nach oben gewendet,
39 eine aus den beiden Doppellagigen Faltstrukturen in den 37 und 38 als zwei Faltstruktur-Komponenten zusammengesetzte Vierlagige Zellstruktur mit vierzähliger Spiegel- und Drehsymmetrie, mit vielen Segmenten pro Fläche,
40 das gedachte Drahtgitter der Kanten der Vierlagigen Zellstruktur von 39, in Teilstücken,
41 den Schnitt B-B durch die Vierlagige Zellstruktur von 39,
42 drei gleiche, aber unterschiedlich ausgerichtete Relief-Bauelemente, über Eck verbunden, geometrisch basierend auf den 32 und 33,
43 zwei ebene Zuschnitte für die Doppellagige Faltstruktur von 46, mit Löchern und Faltlinien,
44 die zwei Zuschnitte von 43, im Faltzustand,
45 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 44, mit Fugen,
46 eine nicht beidseitig gleiche Doppellagige Faltstruktur, mit vierzähliger Drehsymmetrie,
47 eine zu der in 46 spiegelbildliche Doppellagige Faltstruktur, von unten nach oben gewendet,
48 eine aus den beiden Doppellagigen Faltstrukturen in den 46 und 47 als zwei Faltstruktur-Komponenten zusammengesetzte Vierlagige Zellstruktur, mit vierzähliger Drehsymnmetrie,
49 den Schnitt einer bereits fertig gefalteten Lage aus 45, und die Draufsicht einer Grundeinheit ihres Reliefmusters,
50 das gedachte Drahtgitter der Kanten der Vierlagigen Zellstruktur von 48, in Teilstücken,
51 den Längsschnitt A-A einer bereits fertig gefalteten Lage aus 56,
52 den Querschnitt B-B der Lage aus 56, die Draufsicht einer Grundeinheit von deren Reliefmuster, und die Draufsicht auf dieses Muster im Teil nur links der Schnittebene B-B von 56,
53 die Grundeinheit von 52, als Schrägansicht, sowie ein gestutztes Tetraeder als halbregelmäßiges Polyeder, von dem diese Grundeinheit abgeleitet ist,
54 zwei ebene Zuschnitte für die Doppellagige Faltstruktur von 57, mit Löchern und Faltlinien,
55 die zwei Zuschnitte von 54, im Faltzustand,
56 die beiden jeweils zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitte von 55, mit Fugen,
57 eine nicht beidseitig gleiche Doppellagige Faltstruktur mit vielen Segmenten pro Fläche, mit dreizähliger Symmetrie,
58 eine gegenüber 57 baugleiche Doppellagige Faltstruktur, in einer um 180° in der Y-Achse gedrehten Position,
59 eine aus den beiden Doppellagigen Faltstrukturen in den 57 und 58 als zwei Faltstruktur-Komponenten zusammengesetzte Vierlagige Zellstruktur, mit dreizähliger Drehsymmetrie,
60 das gedachte Drahtgitter der Kanten der Vierlagigen Zellstruktur von 59, in Teilstücken,
61 den Längsschnitt A-A einer bereits fertig gefalteten Lage aus 67,
62 zwei Querschnitte der Lage aus 67, darunter die Draufsicht auf die Grundeinheit von deren Reliefmuster sowie auf diese Lage selbst, im Teil links der Schnittebene C-C von 67,
63 eine Schrägansicht der Grundeinheit von 62, mit einer konvexen Polyfläche als obere Hälfte eines Hexaoktaeders, dessen untere Hälfte gestrichelt zu sehen ist,
64 das gedachte Drahtgitter der Kanten der Zweilagigen Zellstruktur von 69, in Teilstücken,
65 einen ebenen Zuschnitt für die Zweilagige Faltstruktur von 69, mit Löchern und Faltlinien,
66 den Zuschnitt von 65, im Faltzustand,
67 den zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitt von 66,
68 einen zu der Faltstruktur-Lage in 67 spiegelbildlich gefalteten Zuschnitt, mit der Unterseite nach oben gelegt,
69 eine aus den Lagen in den 67 und 68 zusammengesetzte Zweilagige Zellstruktur, mit dreizähliger Drehsymmetrie, mit wenigen Segmenten pro Fläche wie auch pro Reliefmuster-Grundeinheit,
70 einen Querschnitt durch die Zweilagige Zellstruktur in 69,
71 den ebenen Zuschnitt aus 28, mit schraffierter Werkstoffdicke – dargestellt als diagonal abgeschnittenes Eckstück,
72 den Zuschnitt von 71, im Faltzustand, analog zu 29 links, diagonal abgeschnitten,
73 den zu einer Lage fertig gefalteten Zuschnitt von 72, analog zu 30 links, aber ohne sichtbare Unterscheidung zwischen Fugen und Faltgelenken,
74 den zweiten fertigen, zu einer Lage gefalteten Zuschnitt,
75 die aus den beiden gefalteten Lagen von 73 und 74 zusammengesetzte Wellstruktur,
76 einen ebenen Zuschnitt für die fertig gefaltete Lage von 79, mit Löchern und Faltlinien
77 den Zuschnitt von 76, in einem ersten Faltzustand,
78 den Zuschnitt von 76, in einem zweiten Faltzustand,
79 eine fertig gefaltete Lage mit rechtwinkliger kubischer Geometrie,
80 eine gegenüber 79 baugleiche Lage, von unten nach oben gewendet,
81 eine aus den beiden gefalteten Lagen von 79 und 80 zusammengesetzte, beidseitig gleiche Faltstruktur, mit vierzähliger Drehsymmetrie, mit wenigen in sich und zueinander rechtwinkligen Segmenten pro Grundeinheit,
82 ein Faltwerkzeug zum kontinuierlichen Falten eines ebenen Zuschnitts als Faltgebilde, am Beispiel eines Faltgebildes in der in 29 rechts gezeigten Ausrichtung.
Zunächst geht es in den 1 bis 31 (4 Zeichnungsblätter) um eine beidseitig gleiche, aus zwei nach Anspruch 2 sich überall berührenden Lagen bestehende Doppellagige Faltstruktur.
Die 1 bis 8 auf dem ersten Zeichnungsblatt betreffen eine solche Doppellagige Faltstruktur, lediglich nach Anspruch 2, mit einem einfachen Reliefmuster mit zweizähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie, mit wenigen Polygonen in einer hier in 1 dargestellten Grundeinheit (1) des Reliefmusters. Ein Reliefmuster ist generell aus vielen solchen flächig lückenlos aneinandergesetzten Grundeinheiten zusammengesetzt. Über der Grundeinheit ist in 1 ein Trapez-Profilmuster im Schnitt A-A durch die linke der beiden Lagen aus 5. zu sehen.
Die Grundeinheit (1) ist in 2 als Schrägansicht dargestellt. Solch eine Grundeinheit setzt sich, wie auch in drei dann folgenden Beispielen nach Anspruch 3, zunächst aus zwei dicker umrandet dargestellten konvexen Polyflächen (2), zusammen, die unterschiedlich ausgerichtet sind. Diese Polyflächen sind die Systemflächen von Kassetten, die sich vielfach gereiht aus dem ebenen Zuschnitt herausfalten und zusammenfalten.
Diese konvexen Polyflächen bestehen aus hier schräg geneigt zur Nullebene liegenden Polygonen, d. h. V-Polygonen (3), im Folgenden wegen ihrer Erstreckung auch nach oben und unten in die Z-Richtung „V-Polygone” genannt, und aus einem Polygon (4), das wegen seiner Ausrichtung parallel zur Nullebene „H-Polygon” genannt wird. Jedes H-Polygon grenzt an horizontalen geraden Randlinien an V-Polygone. V-Polygone grenzen auch untereinander aneinander. Die obere, dick umrandete konvexe Polyfläche (2) ist wie ein Tafelberg mit einem Hochplateau, das auch als abgeflachte Spitze angesehen werden kann, nach oben gerichtet, die untere ist entsprechend wie ein flacher Krater nach unten gerichtet. In diesem Beispiel hat eine konvexe Polyfläche in der Draufsicht eine Form mit nur zweizähliger Symmetrie. Die V-Polygone einer konvexen Polyfläche liegen generell in einem Winkel zur Nullebene, der in im Extremfall bis zum rechten Winkel gehen kann.
Zwei der kleineren, formgleichen V-Polygone (3) der beiden konvexen Polyflächen (2) ergeben zusammen ein größeres V-Polygon (5), Das H-Polygon (4) wird später mit zumindest einem horizontal liegenden Segment (6), im Folgenden „H-Segment” genannt, besetzt. Das hier wie meistens größere V-Polygon (5) wird später mit zumindest einem Segment (7), im Folgenden „V-Segment” genannt, besetzt. In solche Segmente (6, 7) sind die beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) links und rechts in 3 unterteilt.
Durch die Verschiebung parallel ausgerichteter und durch die Zusammenfassung dadurch weiterer koplanarer V-Polygone (3) vereinfacht sich die Grundeinheit (1) in 2 gegenüber den zwei konvexen Polyflächen (2) daneben. Gedanklich vervielfältigt ist sie in den Oberflächen der als Lagen für eine Faltstruktur fertig gefalteten Zuschnitte in 5 zu erkennen, die aus den ebenen Zuschnitten in 3 gefaltet wurden, wenngleich der jeweilige Zuschnitts-Umriss (9) in seinem Verlauf nicht der gedachten Zusammensetzung von Reliefmuster-Grundeinheiten entspricht.
Die Segmente (6, 7) haben in 3 jeweils die Form eines Parallelogramms. Die V-Segmente (7) haben hier die Form von Rauten. Die beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) für eine Faltstruktur sind vom Muster her generell deckungsgleich, kongruent. Man kann sie sich mit bündigen Rändern übereinander liegend vorstellen. Der zweite Zuschnitt liegt hier aber gegenüber dem ersten um 180° in der Y-Achse gedreht, also mit der Unterseite nach oben da. So stellen sich beide ebenen Zuschnitte hier nun als gedanklich von oben gesehen spiegelbildlich dar. Sie sind hier aber nur dann tatsächlich spiegelbildlich zueinander, also chiral, wenn die Faltlinien oben und unten jeweils entgegengesetzt für eine nach oben sich entweder als Grat oder aber als Kehle darstellende Falte einseitig vorbereitet wurden, z. B. durch einseitiges Prägen, Ritzen oder Fräsen.
Den beiden ebenen Zuschnitten liegt, wie generell jedem Zuschnitt (8) jeweils ein gedachtes regelmäßiges Netz sich querend in Scharen überlagernder Ketten (10, 11) von aneinandergrenzenden Polygonen zugrunde, Diese Netz lässt in seinen „Maschen” geometrisch die besagten, von geraden Lochrand-Abschnitten (13) begrenzten Löcher (14) im Zuschnitt entstehen. Das Netz ist durch Knotenpunkte (15) inmitten jeweils eines mit einem H-Segment (6) besetzbaren H-Polygons (4), in dem sich zwei Ketten (10, 11) überlagern, und durch dünne gekrümmte strichpunktierte Linien, die benachbarte Knoten verbinden, verdeutlicht. Diese Netzlinien sind als Fäden vorstellbar sind, welche die als Kettenglieder aneinandergereihten Segmente (6, 7) durchziehen, um eine Matte zu bilden.
Jedes ein H- oder V-Polygon (4, 5) besetzende H- oder V-Segment (6, 7) ist – mit Ausnahme der am Zuschnitts-Rand liegenden Polygone oder Segmente – geradlinig von Faltlinien (12) oder von Lochrand-Abschnitten (13) begrenzt. Der Anschaulichkeit halber wurde in allen dargestellten Beispielen, abweichend von einer Zusammensetzung aus ganzen geometrischen Grundeinheiten, der Zuschnitts-Umriss (9) dem ebenen Muster aus vielen Polygonen angepasst; sein gezackter Verlauf wurde also nicht begradigt, so dass sie aus vielen Zuschnitts-Umriss-Abschnitten (16) besteht. Im gezeigten Fall sind alle Faltlinien (12) zwischen den Segmenten der Polygone jeder der Ketten (10, 11) parallel.
Das erfindungsgemäße Falten eines Zuschnitts kann im Vergleich zur Herstellung einem Streckblechs verdeutlicht werden: Als ebener Zuschnitt hat ein zukünftiges Streckblech zunächst nur Schlitze, Fugen vergleichbar. Beim Strecken – in nur eine Richtung der Nullebene – entwickelt der Zuschnitt maschenartige Löcher sowie eine räumliche Tiefe in die Z-Richtung, während der erfindungsgemäße Zuschnitt die räumliche Tiefe gewissermaßen bei einem Stauchen oder Raffen des Zuschnitts entwickelt, wobei die Löcher in der Fläche sich auf Schlitze reduzieren. Freilich gibt es einerseits beim Streckblech keine bestimmte Unterteilung in ebene Segmente; und der erfindungsgemäße Zuschnitt andererseits wird nicht unter großem Druck verformt.
Geometrisch besteht ein Loch (14) aus mehreren keilförmigen Spalten. Hier sind es nur zwei Spalte. Jeder Spalt soll sich generell zu einem Fugenzug zusammenziehen. Am Spalt-Ende (17) an dessen Spitze treffen die beiden Spalt-Seiten (18) eines Spalts zusammen. Diese Spalt-Seiten (18) sind hier geradlinig; sie bestehen hier also nur aus einem einzigen geraden Lochrand-Abschnitt (13). Zwei Spalt-Seiten bilden zusammen den Spalt-Rand (19). Ihre beiden anderen Enden bilden jeweils einen Stoßpunkt (20). Beim Schließen des Lochs sollen die Stoßpunkte (20) in einen Punkt (21), im Folgenden „Schlusspunkt” genannt, in der fertig gefalteten Lage gemäß 5 zusammenfallen, weil sich dort an diesem Punkt die Spalte am Schluss des Faltvorgangs schließen. Die beiden Spalt-Seiten (18) des Spalt-Randes (19) fallen dabei zusammen. Der Spalt schließt sich dabei zu einem Fugenzug – hier dann nur aus einer einzigen geraden Linie bestehend. Die Spalt-Seiten (18) fallen somit in einem einzigen Fugenzug zusammen. Die Verbindungslinie der zusammengehörigen Stoßpunkte (20) ist in 3 dünn und verlängert dargestellt. Beim Schließen dreht sich, wie in 4 erkennbar, jeweils das sich verkleinernde drehsymmetrische Loch hier nicht, während die V-Segmente sich drehend jeweils an das nahe H-Segment heran geklappt werden, um zusammen mit diesem H-Segment eine Kassette zu bilden.
Der Umriss eines Lochs ist – hier – im ebenen Zuschnitt in 3 zwar zweizählig spiegelsymmetrisch. Wenn man aber die dieses umschließende Umgebung einschließlich der Faltlinien mit in die Betrachtung einbezieht, dann sind die Löcher bereits in ebenem Zustand aber lediglich drehsymmetrisch.
Die periodischen Muster der ebenen Zuschnitte, der Faltgebilde und der fertig gefalteten Lagen sind in allen Beispielen an einer Seite in die X-Richtung ausgerichtet. Eine der Richtungen, in der Grundeinheiten aneinandergesetzt sind, ist im Folgenden also immer die X-Richtung. So lassen sich längliche Zuschnitte, möglicherweise auch von einer Rolle sich abwickelnd, für eine kontinuierliche Herstellung in diese Richtung als Förderrichtung und Herstellungsrichtung bilden. Die Ränder der überall kompakt proportioniert dargestellten Zuschnitte sind deshalb jeweils links durch gestrichelte Linien zur optionalen Verlängerung des Zuschnitts angedeutet.
Die Richtung der Aneinanderreihung der Grundeinheiten des ebenen periodischen Zuschnitts-Musters in Querrichtung zur X-Richtung divergiert in einigen Beispielen von der senkrechten Y-Richtung. Die gleichen Punkte (22) in zwei in Y-Richtung benachbarten Reliefmuster-Grundeinheiten sind – nur in diesen Fällen einer Divergenz – durch eine gedachte, gerade, gestrichelte Richtungslinie (23) verbunden, an welcher sich die Disparallelität zur Y-Achse erkennen lässt. Würde man den gesamten Zuschnitts-Umriss (9) begradigen, ergäbe sich somit ein Parallelogramm als Gesamtform, wobei zwei Seiten dieses Parallelogramms die Richtung dieser gestrichelten Richtungslinie (23) hätten. Im Gegensatz zu einer sinnvollen möglichen Begradigung des Randes in X-Richtung würde eine Begradigung quer dazu aber oft zu willkürlichen Anschnitten führen.
Die hier in der Y-Achse spiegelsymmetrisch zueinander horizontal liegenden beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) werden in die Z-Richtung jeweils genauso nach oben wie nach unten gefaltet. Deshalb sind die beiden in 4 als Faltgebilde (24, 24) dargestellten Zuschnitte im Zwischenzustand, wie in den meisten anderen Beispielen auch, chiral. Sie sind aber nicht immer, wie noch in anderen Beispielen zu sehen, an der Spiegelachse ohne zusätzliche Verschiebung ausgerichtet dargestellt. Die entlang paralleler Projektionslinien (25) projizierten Silhouetten (26, 27) der Faltgebilde sind in einer gedachten Ansicht aus der X-Richtung während des Faltens wie auch im Endzustand wegen der Chiralität gleich. Die Löcher (14) der zunehmend reliefierten Zuschnitte sind in 4 bereits etwas kleiner und schmaler geworden, bis dann, wie in 5 ersichtlich, von ihnen nur noch eigentlich unauffällige, der Anschaulichkeit halber aber dick hervorgehoben dargestellte Fugengebilde übrigbleiben.
In 5 sind die beiden Faltgebilde (24, 24) aus 4 bereits fertig zu Lagen (28, 28) als Hälften einer späteren Faltstruktur gefaltet. Der Umriss (29) der fertigen Lagen folgt mit seinem Hin und her ihrer Unterteilung in Segmente. Die Fugengebilde (30) bestehen aus – hier zwei – Fugenzügen (31), die ihrerseits wieder nur aus einer geraden Fuge (32) bestehen. Die Fugenzüge (31) treffen sich in ihrem hier jeweils einzigen Schlusspunkt (21) an einem Eckpunkt (33) mehrerer Polygone bzw. Segmente. Jeder Fugenzug (31) ist der Rest eines vom Spalt-Rand (19) umgeben gewesenen Spalts. Das ursprüngliche Loch (14) hatte hier ursprünglich die am einfachsten mögliche Form, die einer Raute. In anderen Beispielen besteht ein Fugenzug aus mehreren geraden Fugen (32) weil er dort ein räumlicher Polygonzug ist. Weil hier nur ein einziger Lochrand-Abschnitt (13) eine Spalt-Seite (18) bildete, ist es auch nur eine einzige geradlinige Fuge (32), die einen Fugenzug (31) bildet.
Jeder (8) der beiden Zuschnitte in ebener Form unterscheidet sich – wie auch das entsprechende temporäre Faltgebilde (24) – vom entsprechenden Zuschnitt als fertig gefalteter Lage (28) dadurch, dass, zur geometrischen Formung des ebenen Zuschnitts, die Symmetrie des Reliefmusters der fertigen Lage durch die geplante Festlegung von Stoßfugen absichtlich gebrochen wurde; Die Speigelsymmetrie der Grundeinheit des Reliefmusters fehlt somit im ebenen periodischen Muster des Zuschnitts.
In der fertigen Doppellagigen Faltstruktur (34) in 6 überkreuzen sich die jeweils paarweise übereinander liegenden Fugengebilde an ihren Schlusspunkten (21), wie an drei links herausgezogen dargestellten Fällen einer solchen Überkreuzung dargestellt ist. Die Dicke eines noch so dünnen Zuschnitts-Werkstoffs wurde in der Darstellung der fertigen Doppellagigen Faltstruktur insofern nicht ignoriert, als ihre beiden Lagen in Z-Richtung auf Abstand gesetzt wurden. Das gilt auch für einen Schnitt durch eine Doppellagige Faltstruktur wie in oberen Bereich von 7.
Der Schnitt B-B durch die aus zwei Lagen zusammengesetzte Doppellagige Faltstruktur (34) aus 6 ist in 7 oberhalb der strichpunktierten Nullinie zu sehen. Als nur eine von hier zwei Schichten kann diese Doppellagige Faltstruktur zu einem Teil einer mehrschichtigen Faltstruktur werden. Unter ihr ist deshalb eine weitere Faltstruktur (34) als Möglichkeit gestrichelt dargestellt. Diese ist zwar baugleich, aber hier mit der ursprünglichen Oberseite nach unten gewendet. Die neue mittige Nullebene stellt sich hier als Spiegelachse zwischen erster und zweiter Schicht dar. Die erste und zweite Schicht könnten aber auch eine unterschiedliche Z-Höhe haben, so dass deren Zuschnitte anders aussähen..
Es können auch mehr als zwei Schichten – H-Segment an H-Segment sperrig aufeinandergesetzt werden. Eine solch mehrschichtige Faltstruktur ist aber nicht zu verwechseln mit einer Vierlagigen Zellstruktur nach Anspruch 7, die aus zwei ineinandergreifend aufeinandergesetzten Doppellagigen Faltstrukturen als Faltstruktur-Komponenten besteht.
8 schließlich basiert auf einer Abwandlung des Reliefmusters aus den 1 und 2 unter Beibehaltung der Muster-Topologie. Hier haben auch die V-Polygone die Form einer Raute. Der reliefierten Oberflächen-Geometrie der Anordnung zweier jeweils aus einer Doppellagigen Faltstruktur bestehender Relief-Bauelemente (35) über Eck liegt ein Rhombendodekaeder (36) als räumliche Grundeinheit einer Dichten Packung von halbregelmäßigen konvexen Polyedern zugrunde. Somit sind alle Polygone gleich, so dass die zwei gleich reliefierten Stücke unauffällig an einer hier ebenen Element-Stoßfuge (37) zusammentreffen können.
Die in den 1 bis 8 offenbarte Doppellagige Faltstruktur nach Anspruch 2 hat zwar schon den erfindungsgemäßen Vorteil einer großflächigen Verbindung der zwei Lagen und erfüllt einige Merkmale einer Wellstruktur gemäß Anspruch 3. Weil es aber nur eine einzige Richtung ist, in der die regelmäßig gleichförmig angeordneten Kassetten von der Nullebene aus abwechselnd nach oben und unten gerichtet sind, ist diese Faltstruktur nur in einer Richtung biegesteif, hier in der Y-Richtung beim Krümmen um die X-Achse als Biege-Verformung, und insofern vergleichbar lediglich mit der einfachen Ausführung der besagten „Structure Tridimensionelle”. In der anderen Richtung steht – hier wie dort – nur die Werkstoffdicke zur Verfügung. Soll neben einer erfindungsgemäß verbesserten Verbindung der Lagen untereinander auch eine bessere Biegesteifigkeit der Faltstruktur als Ganzes in wenigstens zwei Richtungen erreicht werden, dann muss ihr Reliefmuster in der Draufsicht oder ihr räumliches Muster in verschiedenen Ansichten eine drei- oder vierzählige Symmetrie haben.
Die 9 bis 14 auf dem nächsten Zeichnungsblatt betreffen als Ausführungsbeispiel eine Faltstruktur mit einem topologisch anderen Muster aus wenigen Segmenten pro Grundeinheit, mit dreizähliger Spiegel- wie auch Drehsymmetrie. Es handelt sich nun um eine Wellstruktur nach Anspruch 3.
9 zeigt, dass ihr Trapez-Profilmuster in Schnitt A-A der Lage (28) aus 13 asymmetrisch ist. Das liegt daran, dass dreieckige Pyramidenstümpfe als konvexe Polyflächen (2), von denen, wie in 10 ersichtlich, wieder zweie die zugehörige Grundeinheit (1) bilden, grundsätzlich einen asymmetrischen Querschnitt haben, der entlang einer Grat-Kante geführt ist. Nur in einem Schnitt rechtwinklig dazu ergäbe sich ein spiegelsymmetrisches Bild.
In 10 bilden zwei koplanare, kleine V-Polygone (3) der konvexen Polyflächen (2), wie schon in 2, ein größeres V-Polygon (5) der Grundeinheit (1). Diesmal bilden zwei Trapeze ein ungleichseitiges Sechseck mit zwei hier beabsichtigten rechten Winkeln. Wären diese Sechsecke regelmäßig, hätte die Reliefmuster-Grundeinheit ein Gestutztes Tetraeder (38) in 10 links als räumliche Grundeinheit einer Dichten Packung halbregelmäßiger konvexer Polyeder, so dass, in Analogie zu 8, Relief-Bauelemente als Faltstruktur-Stücke lückenlos über Eck angeordnet werden könnten – dann allerdings nicht in einem rechten Winkel ihrer Nullebenen zueinander.
Generell ist die polygonale Form der regelmäßig einheitlich gleich wiederkehrenden Segmente beliebig modifizierbar, solange die Symmetrie des Reliefmusters als Ganzes wie auch die Parallelität der Kanten und Faltlinien im flachen Zuschnitt erhalten bleibt.
Die Geometrie mit regelmäßigen Sechsecken hätte relativ steile V-Segmente ergeben. Die Kassetten der Lagen sind hier aber flach gehalten, nicht nur, damit alle Segmente aus der gewählten einheitlichen Blickrichtung in der Darstellung zu sehen sind, sondern auch, um beim Aufeinandersetzen der beiden Lagen nicht tatsächlich beachtliche Abstände zwischen deren zu verbindenden H-Segmenten zu bekommen – ähnlich wie die Abstände zwischen den Böden gestapelter konischer Becher. Diese kleinen Abstände sind bei geringer Werkstoffdicke hinnehmbar. Bei mehr Dicke muss der Zuschnitt gegenüber dem zugrundeliegenden ebenen Polygon-Muster modifiziert werden, wie später anhand der 71 bis 75 dargelegt wird.
Da generell die Zuschnitte in der Nullebene viel ausgedehnter sind als die gefalteten Lagen, ist in 11 wie auch in weiteren Beispielen zur Platzersparnis der rechte Zuschnitt (8) durch eine strichpunktierte Linie zweigeteilt und nach Weglassen seines rechten Teils nur zur Hälfte dargestellt. Auch diese beiden Zuschnitte stellen sich wie die in 3 spiegelbildlich dar, auch wenn sie, was ihre Konturen einschließlich Löcher betrifft, deckungsgleich sind.
In 12 sind die demzufolge ebenfalls wieder deckungsgleichen Silhouetten (26, 27) der beiden chiralen Faltgebilde (24, 24) zu einer einzigen Silhouette zusammengefasst.
Die fertige Doppellagige Faltstruktur (34) als Wellstruktur in 14 ist bereits richtungsloser als die Doppellagige Faltstruktur von 6, die man von ihrer Form her beinahe noch als ein stark geriffeltes Trapezblech hätte ansehen können. In drei verschiedenen Richtungen von Schnittebenen gibt es hier nun das gleiche Trapez-Profilmuster. Somit scheint diese Wellstruktur sogar nicht nur exakter, sondern auch noch richtungsloser als besagte „Structure Tridimensionelle” in derjenigen Variante zu sein, die im Vergleich noch eine Lage mehr braucht. Jedoch reduzieren sich diese Vorteile durch die besagte mindere Symmetrie des Trapez-Profilmusters im Querschnitt. Gegenüber den im Folgenden vierzählig symmetrischen Beispielen ist es zudem ein Nachteil dieser Wellstruktur gemäß 14 gegenüber den folgenden beiden Beispielen, dass sie, trotz ihres in Bezug auf ein sehr großes Stück davon bereits günstig richtungslosen Reliefmusters zwei verschiedenen Querschnitte in rechtem Winkel zueinander aufweist, was für ein meistens rechtwinklig zugeschnittenes Stück davon von Bedeutung sein kann. Keine Rolle spielt dies aber bei Stücken mit frei, rund oder drei- bzw. sechseckig ausgeschnittenem Umriss.
Wie noch die zwei weiteren Beispiele auf den nächsten zwei Zeichnungsblättern hat diese Faltstruktur aber als Wellstruktur gemäß Anspruch 3 Kassetten, die in nicht nur einer einzigen Richtung abwechselnd nach oben und unten gerichtet sind. Hier sind es sogar drei Richtungen, mehr als bei den nächsten beiden Beispielen, die nur zwei haben.
Ein Nachteil für die Herstellung eines ebenen Zuschnitts (8) in 11 dieses Beispiels einer Wellstruktur wie auch anderer Beispiele von Faltstrukturen ist, dass in seine Löcher hinein Segmente ragen, die, wie eine Halbinsel, nur an einer Seite bzw. einer einzigen Faltlinie (12) mit dem sonst dank seiner Netz-Konfiguration kontinuierlich zusammenhängenden Zuschnitt in Verbindung stehen und im Folgenden „Lose Segmente” genannt werden. Normalerweise sind es aber zwei Faltlinien, an denen ein Segment in einen Zuschnitt eingebunden ist, weil, wie gesagt, jedes Segment ein Glied in einer Reihe als Kette von Polygonen ist, wobei die Ketten sich geometrisch wie in einem Netz überlagern. Mit diesen Losen Segmenten franst gewissermaßen das gedachte Netz innen regelmäßig aus.
Auch die Löcher (14) der ebenen Zuschnitte in 11 haben wieder nur eine zweizählige Drehsymmetrie. Sie sind hier aber größer als im vorausgegangenen Beispiel einer Doppellagigen Faltstruktur. Wegen der Existenz der – hier rechtwinklig dreieckigen – Losen Segmente, H-Segmente (6), gibt es nun drei statt zwei Stoßpunkte (20), die später in einem Schlusspunkt (21) zusammenfallen. Dies geschieht zweimal pro Loch. Jedes Loch hat hier vier kleine Spalte. Zweimal pro Loch schließen jeweils zwei hier kleine Spalt-Ränder (19) an einem Stoßpunkt (20) aneinander an. Zusätzlich zu den Spalten gibt es in jedem Loch eines Zuschnitts von 11 eine große Lücke zwischen den beiden Paaren von Spalten. Deshalb sind hier im Unterschied zu 3 zwischen die Spalt-Ränder (19) noch zwei Lücken-Ränder (39) eingefügt, die an beiden Enden jeweils über einen Stoßpunkt (20) mit einem kleinen Spalt-Rand (19) verbunden sind.
Somit teilt der Lochrand sich in sechs Lochrand-Abschnitte. Vier davon sind Spalt-Ränder (19), deren beide Spalt-Seiten (18) jeweils aufeinander zukommen, um den Spalt zu schließen und damit zu einem Fugenzug (31) zusammenzufallen. Zwei der Lochrand-Abschnitte sind die Lücken-Ränder (39). Lücken-Ränder strecken sich als Polygonzüge selbst in die Länge, kommen paarweise aufeinander der Länge nach zu, um schließlich in einem Fugenzug zusammenzufallen.
Die resultierenden Fugengebilde (30) in 13 bestehen aus – hier somit dann fünf – Fugenzügen, die sich in zwei Schlusspunkten (21) treffen. Vier – hier kleine, jeweils nur aus einer kurzen Fuge (32) bestehende – Fugenzüge (31) sind jeweils der Rest eines vom Spalt-Rand (19) aus zwei Spalt-Seiten (18) umgeben gewesenen Spalts, Diese vier Fugenzüge (31), im Folgenden wegen ihrer Lage an den Enden der Fugengebilde „End-Fugenzüge” genannt, sind paarweise an einen fünften Fugenzug (40), im Folgenden wegen seiner Lage in der Mitte des Fugengebildes „Mitt-Fugenzug” genannt, angeschlossen. Hier ist es ein ebener Polygonzug, der aus vier geradlinigen Fugen (32) besteht, von denen die zwei mittleren auf der gleichen Geraden liegen.
Die zwei sich mittig überlagernden Fugengebilde (30) der Lagen (28, 28) in einer fertigen Faltstruktur (34) in 14 überkreuzen sich hier nicht an den Schlusspunkten, sondern an den Mitt-Kreuzungspunkten (41) als den Mittelpunkten jedes der beiden Fugengebilde (30) in der Mitte eines Mitt-Fugenzuges (40).
In beiden fertigen Lagen (28) aus 13 belegen in der Faltstruktur (34) in 14 jeweils zwei entlang einer geraden Fuge (32) benachbarte kleine H-Segmente (6) als ursprünglich Lose H-Segmente (6) eines ebenen Zuschnitts ein H-Polygon. Mit der zweiten Lage aus 13 wird die zwischen den beiden ursprünglich Losen Segmenten befindliche Fuge durch zwei untereinander und zur ersten Lage formgleiche, über den beiden Segmenten befindliche H-Segmente (6), die ebenfalls Lose Segmente waren, überbrückt, wie rechts in 14 zu erkennen. So belegt die fertige Faltstruktur ein hier dreieckiges H-Polygon mit einem Gebilde aus vier Segmenten – ähnlich den vier Deckelstücken einer verschlossenen Faltkiste – nur eben dreieckig.
Die eine Fuge (32) zwischen diesen Losen Segmenten überkreuzt die entsprechende andere Fuge (32). Zwei etwas entlang einer Richtung in der Nullebene versetzt übereinander liegende Fugengebilde (30), die sich nicht an ihren Mitt-Kreuzungspunkten (41) überkreuzen, überkreuzen sich jeweils an Seit-Kreuzungspunkten (42) hier irgendwo in jeweils einer solchen geraden horizontalen Fuge (32) eines Mitt-Fugenzuges (40) Solch ein Punkt außerhalb der Mitte eines einzelnen Fugengebildes wird im Folgenden „Seit-Kreunzungspunkt” genannt.
Zwei H-Segmente als Lose Segmente pro Loch jedes Zuschnitts sind im Falle einer dreizähligen Wellstruktur nach Anspruch 3 sowie einer später beschriebenen Zellstruktur nach Anspruch 5 vermutlich unumgänglich. Lose Segmente sind kein Bestandteil des besagten Faltmechanismus und erschweren somit das Falten. Deshalb sind auch am Rand von Zuschnitten keine durch willkürlichen Anschnitt Losen Segmente vorgesehen, so dass der Rand dem gedachten Netz von strichpunktierten Linien folgt, die überall zwischen zwei Knotenpunkten (15) liegen. Deshalb, und auch zur Vermeidung irgendwelcher Randstörungen des geometrischen Musters, tritt der Zuschnitts-Umriss (9) in seinem Verlauf periodisch aber auch stärker vor und zurück, wodurch in der fertigen Faltstruktur am Rand in allen dargestellten Beispielen breitere nur einlagige Zonen entstehen, die zum Schluß zur Vereinfachung des schadensfreien Transports weggeschnitten werden müssen.
Lose Segmente als V-Segmente können, wie noch gezeigt wird, vermieden werden, indem jeweils das Polygon eines Segments, das üblicherweise mit Losen Segmenten besetzt geplant werden muss, durch eine Mäander-Schleife als Umweg in eine strichpunktierte Linie zwischen zwei Knotenpunkten (15) in das gedachte Netz des Zuschnitts eingebunden wird, um Abzweige zu vermeiden.
Zur Begrenzung des Aufwandes beim Falten und Verbinden besetzen generell nicht mehr als zwei Segmente einer Lage benachbart zusammen ganz ein Polygon ihrer Systemfläche – egal, ob V- oder H-Polygon, egal auch, ob lose oder in eine Kette von Polygonen eingebunden. Drei oder mehr Segmente pro Polygon würden den Zuschnitt unnötig kleinteilig und zudem möglicherweise fragil machen.
Die 15 bis 21 betreffen eine Wellstruktur, die dank ihrer vierzähligen Spiegel- wie auch Drehsymmetrie keine Losen Segmente hat. Ihre Grundeinheit (1) in 15 hat allerdings vergleichsweise viele Polygone. Diese Wellstruktur ist also fein gemustert. Die konvexen Polyflächen (2, 2) in 16 haben hier jeweils acht V-Polygone (3) zweier verschiedener Formate. Die konvexe Polyfläche ist hier ein quadratisch viereckiges Antiprisma, dessen Deckel kleiner ist als der fehlende Boden. Die beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) bestehen deshalb in 17 aus V-Segmenten (7) nicht nur in der Form eines Parallelogramms als eines größeren V-Polygons (5) aus zwei flachen gleichschenklig dreieckigen V-Polygonen (3), sondern auch in der eines spitzwinklig gleichschenkligen Dreiecks als V-Polygon (3) eines weiteren Formats in der geometrischen Grundeinheit.
Auch wenn der Zuschnitt recht kleinteilig ist, ist er doch nicht filigran und fragil. Seine Löcher (14) sind vergleichsweise klein, und die Abstände zwischen ihnen vergleichsweise groß.
Die Umrisse dieser Löcher sind vierzählig sowohl dreh- als auch spiegelsymmetrisch. Wenn man die Umgebung des Lochs aber mit einbezieht, sind sie nur noch drehsymmetrisch. Im Faltzustand gemäß 18 reduziert sich auch noch diese Symmetrie auf eine bloß zweizählige. Aber das sternförmige Loch (14) des ebenen Zuschnitts teilt sich in 17 klar in vier gleich große Spalte mit Spalt-Seiten (18) aus jeweils nur einem Lochrand-Abschnitt (13) und mit 4 Spalt-Enden (17) als Strahlen-Spitzen. Hier sind es nun vier zwischen jeweils zwei Spalt-Rändern (19) befindliche Stoßpunkte (20) des ebenen Zuschnitts, die in der fertigen Lage in 19 in einem Schlusspunkt (21) als Mittelpunkt eines Fugengebildes (30) zusammenfallen.
Wie schon in 6 liegen auch in der fertigen Faltstruktur (34) in 20 die Schlusspunkte (21) der beiden Lagen wieder jeweils in der Mitte von Fugengebilden (30) und wieder direkt übereinander, wie rechts neben der fertigen Faltstruktur in 20 herausgezogen dargestellt.
Auch diese Wellstruktur kann in einer Art und Weise abgewandelt werden, dass zwei Stücke von ihr als Relief-Bauelemente rechtwinklig über Eck lückenlos aneinanderstoßen können. Dazu müssten allerdings die geometrisch zugrunde liegenden konvexen Polyflächen so abgewandelt werden, dass sie zur oberen oder unteren Hälfte eines Rhombikubokaeders (43) in 21 als räumlicher Grundeinheit für diese abgewandelte Wellstruktur würden. Außerdem müsste bei der Geometrie des Zuschnitts bereits die Werkstoffdicke berücksichtigt werden, weil die rautenförmigen schräg liegenden Polygone zu auf der Spitze stehenden Quadraten würden, die senkrecht stünden.
In der Vierzähligkeit finden die gezeigten erfindungsgemäßen Beispiele generell das Optimum an Richtungslosigkeit für Relief-Bauelemente mit rechtwinkligem Format. Die H-Polygone haben maximal vier Seiten. Sechseckige H-Polygone kommen in den Zeichnungen nicht vor, nicht einmal in einer Faltstruktur für nicht rechtwinklige Bauelemente. Eine ebenfalls erfindungsgemäß gefaltet denkbare Wellstruktur aus Sechsecken als H-Segmente – mit Quadraten und Sechsecken als V-Segmente – hätte in der Nullebene zwangsläufig weitere H-Polygone. Dadurch – und auch wegen der Größe der V-Polygone – hätte die Wellstruktur eine sehr große Wellenlänge im Verhältnis zur Amplitude bzw. Höhe, wodurch sie biegsamer wäre als eine mit kurzer Wellenlänge. Zudem wären die Löcher des Zuschnitts so groß, dass die Zuschnitte zu filigran würden und zuviel Schnittabfall mit sich brächten. Mehr als 6 Ecken sind einfach deshalb schlicht unmöglich, weil dermaßen viele gerade Fugen in einer fertig gefalteten Lage entstünden, dass nicht alle von ihnen in der einen Faltstruktur-Lage – dies zumindest nicht in voller Länge einer Polygon-Kante – von der anderen Lage überbrückt werden könnten.
Deswegen ist jedes H-Segment (6) und jedes V-Segment (7) eines Zuschnitts (8) einer Wellstruktur nach Anspruch 3 nicht mehr als zweimal von einem geraden Lochrand-Abschnitt (13) begrenzt;
Die 22 bis 27 zeigen auf dem nächsten Zeichnungsblatt die geometrischen Voraussetzungen wie auch Einsatzmöglichkeiten für eine andere, gleichermaßen vierzählig symmetrische Wellstruktur, speziell nach Anspruch 4, deren Entstehen dann in den 28 bis 31 auf einem weiteren Blatt gezeigt wird. Da sie besonders vorteilhaft wenige Polygone hat, wird sie ausführlicher behandelt.
Auch in den 22, 23 und 24 können die Polygone (4, 5) der Reliefmuster als ein Teil einer regelmäßigen, Dichten Packung halbregelmäßiger konvexer Polyeder angesehen werden. In 22 ist die räumliche Grundeinheit, nebst einem Würfel, ein Gestutztes Rhombendodekaeder (44), das zur Verdeutlichung seiner Form links daneben noch ungestutzt zu sehen ist. Es ist die Grundlage für die periodisch gemusterte Systemfläche des Oberflächenreliefs der zwei in 22 lückenlos über Eck an einer Element-Stoßfuge (45) sich berührenden, ohne Werkstoffdicke dargestellten Relief-Bauelemente (46), denen ein drittes solches Element ebenfalls lückenlos hinzugefügt werden kann, Im Unterschied zur Element-Stoßfuge (37) in 8 verläuft die Element-Stoßfuge (45) zwischen jeweils zwei Relief-Bauelementen (46) hier periodisch nicht mehr als räumlicher, sondern als planer Polygonzug. Deshalb sind die jeweils ein großes V-Polygon (5) besetzenden V-Segmente (7) am Rand der Bauelemente zwar zu kleinen Segmenten (47) halbiert, die koplanare kleine V-Polygone (3) – hier Trapeze – belegen und zu verschiedenen periodisch gemusterten Systemflächen mit unterschiedlichen Nullebenen gehören. Aber an diesen kleinen Segmenten können die benachbarten Relief-Bauelemente durch einzelne zusätzliche Laschen (48) im Format der großen V-Polygone (5) eines nicht halbierten V-Segments (7) Stück für Stück zusammengefasst und flächig verbunden werden, wobei die Element-Stoßfuge örtlich überbrückt wird. Diese vereinzelten kurzen Laschen (48) schaffen aber keine wirklich durchgängig lineare Verbindung der Bauelemente.
Der in der Schrägansicht verzerrte und hinten bzw. oben in 22 gezeigte Anschnitt-Linienzug (49) hat ein regelmäßiges Trapez-Profilmuster.
In 23 ist die Wellstruktur gemäß der flächigen Grundeinheit (1) des Reliefmusters von 22 nicht den Polyedern der dichten Packung auf und ab folgend, sondern geradlinig an jedem Seitenrand (50) eines Relief-Bauelements in der jeweiligen Nullebene abgeschnitten. So können die hier resultierenden Relief-Bauelemente (51) einfach und unmittelbar, also ohne Laschen an den über Eck flächig aneinander anliegenden trapezförmigen Segmenten (52) als Resten von beim Zuschneiden halbierten V-Segmenten (7) verbunden werden. Aber auch diese Verbindung ist nicht linear durchgängig.
In 24 sind die zu verbindenden Ränder jedes Relief-Bauelements gegenüber dem Reliefmuster von 22 und 23 in der Z-Achse senkrecht zur jeweiligen Nullebene um 45” gedreht. Dadurch ergibt sich eine linear durchgängige und dennoch leicht zu bewerkstelligende Verbindung zwischen den Relief-Bauelementen. Das setzt aber voraus, dass die Proportionen im Reliefmuster geändert werden, weil es sonst über Eck keine koplanaren V-Polygone gibt. Deshalb ist zuerst von einem anderen konvexen Grund-Polyeder auszugehen.
Dies Grund-Polyeder ist hier ein Gestutztes Oktaeder (53), das sich als halbregelmäßiges konvexes Polyeder aus einem links davon dargestellten Oktaeder als regelmäßigem Polyeder herleitet. Zusammen mit einem Würfel bildet das Gestutzte Oktaeder die räumliche Grundeinheit einer Dichten Raumpackung, deren Oberfläche wie eine fertig lückenlos zusammengesetzt zu denkende Anordnung von drei Relief-Bauelementen über Eck mit unterschiedlichen Nullebenen in 24 aussehen kann. Das sechseckige V-Polygon (5) ist hierbei nun kein gestutzter Rhombus mehr, sondern ein regelmäßiges Sechseck.
An einer Element-Stoßfuge (54) als einem planen Polygonzug stoßen zwei verbundene Relief-Bauelemente (55) wieder wie in 22 stumpf und lückenlos aneinander. Dank der veränderten Proportionen sind auch hier die durch Halbierung des V-Segments (7) am Rand jedes Bauelements erhaltenen – hier fünfeckigen – Segmente (56) benachbarter Bauelemente (55) mit ihren Oberflächen paarweise koplanar. Da bei diesem Verhältnis der Ausrichtung von Muster und Rand durchgängig Segmente mit paarweise koplanaren Oberflächen eine ununterbrochene, geschlossene Reihe bilden, können zwei noch nicht verbundene, oben horizontal und links senkrecht befindliche Bauelemente (55) über eine gefaltete Verbindungs-Lasche (57) nach Anspruch 9 flächig miteinander verbunden werden. Die Faltung bewirkt hier in der Verbindung eine statische Höhe und damit eine brauchbare Biegesteifigkeit. Diese Lasche hat vor dem Falten die Form einer durchgängig aus sechseckigen V-Polygonen (5) bestehenden Kette (11) der beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) in 28 für die Wellstruktur, aus der die Bauelemente (55) geschnitten sind. Das vierte Relief-Bauelement (55) vorne in 24 hat die gleiche senkrechte Nullebene wie das links dahinter noch unverbundene. Auch diese beiden können über eine zu der (57) links oben gezeigten, gefalteten Verbindungs-Lasche baugleiche Lasche biegesteif verbunden werden.
25 zeigt, wie quadratische und gleichseitig sechseckige Polygone von Gestutztem Oktaeder und kleinem Würfel die flächige Grundeinheit (1) des Reliefmusters der beiden Lagen (28, 28) in 30 bilden.
Diese Grundeinheit (1) ist in 26 senkrecht von oben zu sehen. Darunter ist passend der Querschnitt A-A durch eine Lage in 30 auf dem nächsten Zeichnungsblatt zu sehen, deren Anschnitts-Polygonzug (58), auch in 24 rechts, wenn auch wegen seiner Ausrichtung parallel zur Schnittebene in der Schrägansicht verzerrt, und zudem nur zum Teil, als Schnitt durch die Oberfläche des oberen Relief-Bauelements (55) zu sehen ist.
Gleichermaßen in 24 zu sehen ist auch der Anschnitts-Polygonzug (59) des Schnitts B-B in 27, geführt in einem Winkel von 45° zu Schnitt A-A. Hier zeigt sich wieder das charakteristische Trapez-Profilmuster – nun aber etwas stärker ausgeprägt als das in 22 gezeigte Profil in Form des Anschnitt-Linienzuges (49), weil nun die V-Polygone etwas steiler, also stärker angewinkelt zur Nullebene liegen.
Wie gezeigt, geschieht die Verbindung dreier Relief-Bauelemente entlang der Element-Stoßfugen hier ohne irgendeine Abweichung vom Reliefmuster, so dass ein indirektes Verbinden stumpf gestoßener Segmente mit koplanaren Oberflächen mittels Laschen mit einer nach diesen Segmenten gebildeten Form einfach und unauffällig möglich ist. Zudem sorgt das Zickzack-Profil der Lasche für eine Steifigkeit der Lasche wie der Verbindung. Biegesteifer noch als die Verbindung von zwei Bauelementen mit der gleichen Nullebene, die immerhin die Steifigkeit im sonstigen Bauelement erreicht, ist die hier rechtwinklige Verbindung von Bauelementen über Eck, weil in diesem Fall die gereihten Kassetten benachbarter Bauelemente als Polyflächen paarweise zusammen die Form einer umfassenderen konvexen Polyfläche haben, die einem ganz geschlossenen konvexen Polyeder nahe kommt.
Verbundene Relief-Bauelemente können nachträglich fest mit Deckschichten verbunden werden. So können sie nachträglich beplankt werden, beispielsweise als Wand – wie das zusammenhängende Ständerwerk einer Gipskartonwand. Zwei solche Deckschichten sind als große dreieckige Flächen auf zwei Relief-Bauelementen (55) unten in 24 über Eck in vertikalen Ausrichtungen zu sehen. Die Relief-Bauelemente sind dabei als elementierte Sandwichplatten-Kernschicht später homogen miteinander verbunden vorzustellen. So kann die Steifigkeit der Ecke als steife Falte wie in einem gerichteten, aus starr verbunden Platten anstatt gelenkig verbundener Scheiben bestehenden Faltwerk genutzt werden. Aus Stücken einer Wellstruktur werden auf diese Weise starre räumliche Eckpaneele nach Anspruch 12 vorgefertigt.
Es gibt, wie im Vergleich der 22 und 24 gesehen, verschiedene Möglichkeiten, die Richtungen der Ränder eines als liegendes Faltstruktur-Stück ausgeschnittenen Relief-Bauelements und die Richtungen des unendlichen Reliefmusters zueinander um die zugehörige Z-Achse gedreht festzulegen. Entsprechend ändert sich die Form des Zuschnitts. Ein Kriterium für die Auswahl der geeigneten Ausrichtung ist ein möglichst geringer Schnittabfall durch Vermeidung einer zu wenig kompakten und zu sehr gestreckten – weil vom Rechteck als spitzem Parallelogramm abweichenden – Form des begradigten Zuschnitts-Umrisses (9).
Das ebene periodische Muster der beiden Zuschnitte (8, 8) in 28 ist zu ihrem Umriss so ausgerichtet, dass Relief-Bauelemente wie in 24 mit nur wenig Schnittabfall aus der fertigen Faltstruktur in 31 ausgeschnitten werden können. Der gezackte Gesamt-Umriss (9) beider in 28 nur halb zu sehender ebener Zuschnitte hat wie in 17 eine in sich drehsymmetrische Form. In 28 liegen beide Zuschnitte aber nicht spiegelsymmetrisch wie die der vorhergehenden Beispiele da, in denen die entsprechende X-Achse als Symmetrieachse verdickt und verlängert dargestellt ist. Vielmehr sind beide Zuschnitte in 28 nicht nur deckungsgleich, sondern liegen auch auf der gleichen Seite als Unterseite. Ihr Unterschied besteht lediglich in der im beigefügten Koordinatenkreuz durch einen Drehpfeil symbolisierten Drehung in der Z-Achse. Deshalb werden sie über den Zwischenzustand als baugleiche, nicht chirale Faltgebilde (24, 24) in 29 zu baugleichen Lagen (28, 28) in 31 einer fertigen Faltstruktur (34) in 31.
Das linke der beiden Faltgebilde in 29 wird diagonal von einem dünn gezeichneten, eckig gewellten Linienzug durchquert. Dieser Anschnitts-Polygonzug (59) zeigt den Verlauf des Anschnitts des Schnitts B-B aus 27 für die Oberfläche des horizontalen Bauelements in 24 und für die fertig gefaltete Lage in 30 links. Dieser Linienzug ist in 29 noch relativ flach, zeigt also noch nicht die nötige statische Höhe wie das dann nach fester Verbindung der beiden Lagen brauchbare Trapez-Profilmuster.
In der fertigen Faltstruktur in 31 als Wellstruktur wird gemäß Anspruch 4 entlang genau jeder Faltlinie (12) der einen Lage genau eine geradlinige Fuge (32) der anderen Lage durch zwei an dieser Faltlinie in Verbindung stehende Segmente überbrückt. Das heisst, es bleibt keine Faltlinie übrig, an der sich keine Überbrückung befindet. Zwei Überbrückungen jeweils einer Fuge (32) sind rechts in 31 herausgezogen dargestellt – ganz rechts eine durch ein V-Segment (7) und ein mit ihm zusammenhängendes H-Segment (6), links daneben eine durch zwei an einer als Grat sichtbaren Falte zusammenhängende V-Segmente (7, 7).
In 31 rechts dargestellt wurde die Überbrückung von Fugen der unteren Lage. Natürlich werden auch in der oberen Lage liegende Fugen von der unteren Lage überbrückt, auch wenn rein sprachlich von „unterlaufen” die Rede sein müsste. Da aber oben und unten austauschbar sind, ist dies unwichtig. In jeder der beiden Lagen (28, 28) treffen vier V-Segmente (7) in einem Eckpunkt (33) zusammen. So, wie die Fugenzüge (31) zweier Fugengebilde (30) an paarweise übereinander liegenden Schlusspunkten (21) an Eckpunkten (33) zusammentreffen, so treffen hier auch vier der überall an den Fugenzügen entlang verlaufenden Falten mit geraden Faltlinien (12) zusammen, entlang derer jeweils eine Fuge (32) überbrückt wird. Die vier Faltlinien (12) sind dabei, wie ganz rechts in 31 herausgezogen zu sehen, ähnlich ausgerichtet wie die vier Arme eines Kohlenstoff-Atoms im Diamant-Gitter. Exakt solch eine Ausrichtung der Linien zueinander im Tetraederwinkel gibt es übrigens in der Reliefmuster-Variante gemäß den 22 und 23.
Wie schon in 5 und 19 hat jedes der Fugengebilde (30) einer Lage in 30 nur einen einzigen Schlusspunkt (21) in seiner Mitte, an dem es sich mit einem Fugengebilde (30) der anderen Lage an dessen Schlusspunkt (21) überkreuzt. Gleiches gilt umgekehrt. Dabei ist wieder egal, welche Lage oben oder unten liegt. Das „über” als Präfix von „kreuzen” betont nur, dass Fugen verschiedener Lagen auch mit geringer Werkstoffdicke sich übereinander nur tangieren, aber nicht auf gleicher Höhe schneiden – so wie Stäbe in einem ebenen Gitter sich nicht schneiden.
Die Schlusspunkte (21) liegen in den gezeigten Wellstrukturen aus Quadraten und Sechsecken, wie auch in der Wellstruktur aus u. a. Rauten in 20, in der Nullebene, also mittig in der Tiefe des Reliefmusters. Deshalb sind die vier gewissermaßen auf halber Höhe zusammentreffenden Faltkanten der Wellstruktur nur kurz. Sie sind am kürzesten in diesem Beispiel 31, weil die Seitenlinie eines Sechsecks kürzer ist als die einer Raute im vorhergehenden. Somit können die vier Falten dort unter Druckbelastung durch Biegeschub in einer Sandwichplatte kaum von ihrer geraden Polygon-Kante weg abweichend und nachgiebig einknicken, was die nötige Biegesteifigkeit der Sandwichplatte mit einer Wellstruktur als Kernschicht sicherstellt.
In X- oder in Y-Richtung hat die Faltstruktur (34) in 31 schon ohne Deckschichten für sich eine gewisse Biegesteifigkeit, weil sie sich immerhin mit ihrer halben Höhe der Biegung widersetzt.
Leider steht In den beiden Richtungen der Winkelhalbierenden zwischen X- und Y-Achse jeweils wieder nur die bloße Werkstoffdicke dem Biegewiderstand zur Verfügung. Ein wenig fester Werkstoff biegt sich in diesem Fall in jedem V-Segment entlang der horizontalen Verbindungslinie zwischen zwei Eckpunkten (33) in der Nullebene ab. Diese Linie kann auch zu einer Faltlinie gemacht werden, um eine Vorspannung in einer elastisch gebogenen Wellstruktur als Kernschicht für eine monoklastisch gekrümmte Sandwichplatte zu vermeiden. Dann ist die Faltstruktur aber nicht mehr biegesteif; sie ist sogar einrollbar.
Biegesteifer als die in 31 kann eine feste Faltstruktur generell nur dann sein, wenn sie zellenartige Hohlräume einschließt. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, ist, eine Doppellagige Faltstruktur einfach additiv als sperrige Schicht konventionell mit einer weiteren Schicht an H-Segmenten als Kontaktflächen fest zu verbinden, wie in 7 geschehen. Wirkungsvoller aber noch als dies – wenn auch aufwendiger – ist das In den 32 bis 60 anhand dreier Beispiele dargestellte Verbinden zweier dann als Komponenten ineinandergreifender Doppellagiger Faltstrukturen zu einer Vierlagigen Zellstruktur nach Anspruch 7. Dabei werden die beiden fertigen Faltstrukturen (34, 34) als Faltstruktur-Komponenten nicht nur überall jeweils von H-Segment (6) zu H-Segment (6), sondern auch an vielen Stellen von V-Segment (7) zu V-Segment (7) verbunden. Das jeweilige Ergebnis der drei Beispiele einer Vierlagigen Zellstruktur (63) ist in den 39, 48, und 59 zu sehen.
Bevor aber anhand eines Beispiels einer Vierlagigen Zellstruktur auf Besonderheiten, wieder beginnend mit einer Reliefmuster-Grundeinheit (1) in 32, basierend auf einem besonderen konvexen Polyeder (62) in 33, eingegangen werden kann, müssen erst einmal allgemein geltende Sachverhalte erklärt werden:
Der Unterschied der Verbindung der zwei inneren Lagen einer Vierlagigen Zellstruktur (63) nach Anspruch 7 zu der Verbindung von zwei Lagen einer Doppellagigen Faltstruktur nach Anspruch 2, die ebenfalls – und zwar zweimal – in einer Vierlagigen Zellstruktur vorkommt, besteht darin, dass es bei der Verbindung der beiden inneren Lagen nicht alle V-Segmente sind, die als Kontaktflächen zur Verbindung der flächigen Komponenten – hier nun zwei Doppellagige Faltstrukturen statt zweier einzelner Lagen – genutzt werden. So berühren sich entweder nicht alle V-Segmente einer Lage der einen mit jeweils einem V-Segment einer Lage der anderen Faltstruktur-Komponente an Ihren zugewandten ganzen Segment-Oberflächen als Kontaktflächen (64), wie es gemäß 40 der Fall ist; oder jeweils zwei zur Verbindung zugeordnete V-Segmente berühren einander jeweils nur mit einem Teilbereich ihrer zugewandten Oberflächen als Kontaktflächen (64), wie es gemäß den 50 und 60 der Fall ist.
Jede der beiden in 37 und 38 gezeigten Faltstruktur-Komponenten (34, 34) als Hälften der Vierlagigen Zellstruktur (63) in 39 ist bereits eine einzelne Faltstruktur, die auch einzeln in besonderen Fällen als Sandwichplatten-Kernschicht oder aber generell als Abstandhalter dienen könnte. Im Unterschied zu den vorausgegangenen Ausführungsbeispielen einer Wellstruktur sehen die beiden Seiten, oben und unten, einer einzelenen Faltstruktur-Komponente allerdings nicht mehr gleich, sondern unterschiedlich aus, weil die Kassetten nun nicht mehr abwechselnd nach oben und nach unten gerichtet sind, sondern nur noch einheitlich in eine Richtung – hier zunächst nach oben. Die einzelne Faltstruktur-Komponente ist für sich aber weniger biegesteif als eine Wellstruktur, weil es hier die ohne Falte ineinander übergehenden Kassetten und auch den durchgängigen Zusammenhalt in halber Faltstruktur-Höhe bzw. -Dicke nicht gibt.
Außer dem H-Polygon (4) und den V-Polygonen (5) jeder konvexen Polyfläche (2) haben alle drei jeweils beidseitig verschiedenen Reliefmuster weitere H-Polygone (4) gemäß der Grundeinheit (1) in 32, die außerhalb einer konvexen Polyfläche (2) liegen und im Folgenden als „Zusätzliche H-Polygone” bezeichnet werden. Ein Zusätzliches H-Polygon ist von konvexen Polyflächen des Reliefmusters umschlossen; und dementsprechend sind die dieses Polygon hier besetzenden, hier genau zwei maximal sinnvollen H-Segmente einer Senke umschlossen von den tafelbergartigen Kassetten einer Lage (28). Die ebenen Zuschnitte in 34 zeigen diese – hier rechteckigen – kleineren H-Segmente (6) als Lose Segmente, die in ein Loch (14) ragen.
Stellt man sich zum besseren Verständnis der Unvermeidbarkeit von Losen H-Segmenten eines Zuschnitts (8) für eine ungleichseitig reliefierte Lage (28) in 36 vor, eine Faltstruktur mit ihrem Reliefmuster wäre anders als durch Falten hergestellt, sie wäre also eine Lage ohne Fugen und Faltlinien, und man würde sie zerschneiden, um sie in ein ebenes Gebilde mit Löchern zu verwandeln, sie flach zu drücken, dann müssten, damit ein Loch entstehen kann, das wenigstens noch zweizählig drehsymmetrisch ist, die entsprechenden H-Segmente in Hälften zerschnitten werden, die genau solche Losen Segmente sind.
Zur Vermeidung von Losen V-Segmenten lässt sich beim dritten der im Folgenden gezeigten, nicht beidseitig gleichen Reliefmuster eine Anordnung von Teilflächen in einem ebenen Zuschnitt finden, bei der mäandrierende Schlenker in den Netzlinien bewirken, das jedes V-Segment, das jeweils ein V-Polygon nur zum Teil besetzt, in eine Kette aufgereiht einbezogen ist, anstatt lose daran zu hängen.
Im Unterschied zu bekannten, tatsächlich anders als durch das Falten hergestellten, aber annähernd scharfkantig facettiert reliefierten Lagen für eine räumliche Tragstruktur stoßen die konvexen Polyflächen und die sie besetzenden Kassetten an ihren Rändern teilweise auch direkt aneinander, so dass die Senken klar voneinander getrennt sind. Zum Falten eines sonst übliches Reliefs mit einer flächig durchgängigen Senke zwischen einheitlich ausgerichteten pyramidalen oder konischen Kassetten, die wegen Ausrundung einen Abstand zueinander haben, müsste nämlich ein Vielfaches an H-Segmenten zusammengestzt werden. Dabei gäbe es wegen der vielen vorstehenden Teile in ein und derselben Ebene parallel zur Nullebene während des Faltvorgangs Kollisionsprobleme, die durch ausweichende und damit von einer Geraden abweichende, z. B. zickzackförmige Lochrand-Abschnitte oder ein gezieltes zusätzliches, nur temporär brauchbares Wegknicken der kollidierenden Segment-Teilbereiche an dadurch zusätzlich nötigen Falten zu vermeiden wären. Durch all dies würde aber der ebene Zuschnitt zu sehr zergliedert.
Ebenfalls zur Vermeidung einer starken Zergliederung des Zuschnitts werden nur Beispiele mit mindesten dreizähliger Symmetrie gezeigt. Eine Vierlagige Zellstruktur mit nur zweizähliger Symmetrie brächte nämlich ebenfalls durchgängige, wenn auch nur längliche ebene Flächenbereiche mit sich, die in viele Segmente zergliedert werden müssten.
Das Relief einer erfindungsgemäßen Faltstruktur kann kleinere, spitzere Flächenwinkel entlang der Faltlinien zwischen den Kassetten haben und damit schärfere Grate und Kehlen haben als anders hergestellte, gerundet polyedrisch reliefierte Faltstrukturen. Erfindungsgemäße Strukturen sind noch bei einem spitzen Flächenwinkel von nur 60° sinnvoll, während bei den anders hergestellten mit einem stumpfen Flächenwinkel von ca. 120° das Minimum für alle Falten erreicht ist.
Somit führt die andere Art der Herstellung nicht nur zu stärker profilierten, sondern auch zu topologisch anderen Reliefmustern.
In einem Zuschnitt einer Faltstruktur-Komponente einer nach Anspruch 7 Vierlagigen Zellstruktur (63) mit einem Reliefmuster gemäß einer der 32, 49, oder 52 reicht die Faltmechanismus-Eigenschaft des Zuschnitts im Faltzustand auch bei fester Unterlage grundsätzlich nicht aus. um überall zu bewirken, dass sich jede Kassette eindeutig vorhersehbar entweder nach oben oder nach unten hin aus der Nullebene heraus faltet. Es fehlt nämlich die Durchgängigkeit der im Sinne von Anspruch 3 gedanklich durch ein doppelt so großes, planes Segment ersetzten Segmente jeweils zweier benachbarter, entgegengesetzt gerichteter Kassetten, dank der diese beiden Kassetten als Ganzes miteinander fest in Verbindung stehen, um sich gegenseitig in die Z-Richtung hinein zu hebeln und zu falten.
Da mehrere Kassetten der beiden Faltstruktur-Komponenten einer Vierlagigen Zellstruktur (63) nach Anspruch 7 zusammen kleine geschlossene Hohlräume zwischen sich einschließen, wie beispielsweise im Drahtgitter in 40 gezeigt, deren Umhüllung eine stabile Konfiguration als Zelle (65) in konvexer Polyeder-Form – dort als Tetraeder – bildet, ist eine solche Faltstruktur auch schon ohne plane, nicht reliefierte Sandwichplatten-Deckschichten biegesteif. Die regelmäßig verteilten, starren Zellen hindern die zwischen ihnen in voller Z-Höhe verbunden liegenden, aus aneinandergereihten Segmenten bestehenden, gefalteten Zonen, die zwischen ihren vier Lagen keine Hohlräume haben, nicht nur am Flachfalten, sondern auch am Nachgeben gegenüber Biegung oder Verwindung der Faltstruktur als Ganzes.
Die bereits teilweise erwähnten 32 bis 42 stellen auf einem Blatt das Entstehen einer Vierlagigen Zellstruktur mit vergleichsweise vielen Polygonen pro Grundeinheit des periodischen Musters der Systemfläche dar. Diese Grundeinheit (1) hat gemäß 32 nämlich mit acht an der Zahl relativ viele V-Polygone (5). Sie hat neben dem H-Polygon (4) oben in der konvexen Polyfläche (2) gemäß 33 ein Zusätzliches H-Polygon (4) – hier als Quadrat. Die konvexe Polyfläche (2) ist ein Teilstück des besagten Polyeders (62) als Teil einer Dichten Packung aus diesen Polyedern und aus Würfeln, deren Deckel das zusätzliche Quadrat darstellt. Das konvexe Polyeder hat rechteckige Polygone für vier der acht V-Polygone (5) der konvexen Polyfläche (2) – im Gegensatz zu den überall quadratisch rechteckigen Polygonen eines Rhombikuboktaeders. Im Unterschied zu diesem ist sie als diagonale Fläche zwischen zwei Kanten und zwei Flächendiagonalen eines Würfels proportioniert, also wie ein Blatt Papier im DIN-Format.
In einer fertig gefalteten Lage in 36, wie auch noch in 45 für das nächste Beispiel, sind jeweils zwei Senken aus zwei kleinen Zusätzlichen H-Polygonen zwar durch zwei tafelbergartige Kassetten voneinander getrennt, zugleich aber durch ein Tal zwischen diesen Kassetten miteinander verbunden, dessen Sohle die gerade Faltlinie einer horizontal verlaufenden Falte als einer Kehle von oben gesehen darstellt.
Die beiden Zuschnitte in 34 sind nicht nur, wie schon diejenigen in den 3 und 11, deckungsgleich, sondern auch chiral. Die Spiegellinie hierfür durchquert, gestrichelt dargestellt, den Ursprung des zwischen beiden Zuschnitten gezeigten Koordinatenkreuzes in einem Winkel von 45° zu dessen X- oder Y-Achse in der X-Y-Ebene. Weil aber zwei der vier Seiten eines Gesamt-Umrisses (9) jeweils beider Zuschnitte zusammen fluchtend in der Förderrichtung ausgerichtet sein sollten, sind die beiden Zuschnitte zueinander gegenüber der gemäß der gestrichelten Symmetrieachse genau spiegelsymmetrischen Lage verschoben gezeigt. Das Piktogramm am Koordinatenkreuz in 34 lässt auch erkennen, dass hier der eine Zuschnitt in den anderen geometrisch exakt überführt werden kann, indem er in der hier dick durchgezogen verlängerten X-Achse gespiegelt und zusätzlich in der Z-Achse gemäß Drehungspfeil um 90°gedreht wird.
Wegen der zwei Losen H-Segmente (6, 6) pro Loch hat sich im ebenen Zuschnitt in 34 – im Unterschied zu den 3 und 11, aber ebenso wie dann in 54 – die mehr als zweizählige Drehsymmetrie des Loch-Umrisses an den Spalt-Enden wieder auf eine zweizählige insgesamt reduziert. In 34 deutet sich durch die jeweilige Anzahl der regelmäßig pro Loch angeordneten Spalt-Enden (17) eine vierzählige Symmetrie an, in 54 eine dreizählige.
Die beiden Faltgebilde (24, 24) in 35 wie auch die daraus entstandenen Lagen (28, 28) in 36 sind wieder nur chiral – also nicht mehr baugleich wie die Faltgebilde im Beispiel in 29. Denn nur Löcher mit reiner, tatsächlich nur zweizähliger Spiegelsymmetrie in ihrer Umriss-Form im ebenen Zuschnitt, ohne jede Andeutung von drei- oder vierzähliger Symmetrie in der Anordnung der Spalt-Enden (17), führen überhaupt zu baugleichen Faltgebilden und baugleichen fertig gefalteten Lagen einer Faltstruktur. Chiral zueinander sind allerdings auch noch die beiden Faltgebilde für Wellstrukturen in der 4 und der 12, deren ebene Zuschnitte zweifach spiegelsymmetrische Loch-Umrisse haben.
Die beiden rechteckigen Losen H-Segmente (6) an jedem Loch der beiden Faltgebilde (24, 24) in 35 sollen ein Zusätzliches H-Polygon der Systemfläche der fertigen Lage besetzen. Im Unterschied zu den Losen H-Segmenten (6) in 12, die dank eines ansonsten auf ebener Unterlage eindeutigen Faltmechanismus durchaus einfach gleich mitgefaltet werden können, sind sie hier absichtlich noch nicht gefaltet, das heißt, sie sind hier noch koplanar mit dem einen Segment, mit dem sie zusammenhängen. Sie stehen also starr nach unten ab, und zwar, um eine Kollision der Losen Segmente untereinander in ein und derselben Ebene zu vermeiden, die unvermeidlich wäre, wenn durch das Falten der Losen Segmente deren horizontale Ausrichtung erhalten bliebe.
Die in 36 an beiden fertigen Lagen (28, 28) jeweils dann herausgezogen zu sehenden beiden rechteckigen Losen H-Segmente (6) eines Lochs in einem ebenen Zuschnitt liegen an einem Mitt-Fugenzug (40), der hier nur aus einer geradlinigen Fuge (32) zwischen zwei Schlusspunkten (21) besteht, aneinander. In einer solchen geradlinigen Fuge sind zwei Lücken-Ränder (39) des Zuschnitts in 34 zusammengefallen, die jeweils nur aus einem geraden Lochrand-Abschnitt (13) bestanden.
Die vier in zwei Zuschnitten ursprünglich Losen H-Segmente (6) sind in der fertigen Faltstruktur-Komponente (34) in 37 untereinander verbunden und zusammen wieder angeordnet wie die Deckelstücke einer geschlossenen quadratischen Faltkiste, wobei in der Mitte der beiden Fugen (32) als Mitt-Fugenzüge (40) und als Teile der beiden sich überlagernden Fugengebilde (30) diese Fugen (32) sich an den Mitt-Kreunzungspunkten (41) dieser Fugengebilde (30) überkreuzen, wie in 38 oben rechts zu sehen.
Die zweite fertige Faltstruktur-Komponente (34) in 38 ist baugleich mit derjenigen (34) in 37. Die in 38 ist lediglich mit der Unterseite nach oben gewendet.
Im in 40 gezeigten fragmentarischen Drahtgitter des sich aus zwei Reliefmustern zusammensetzenden, nunmehr räumlichen Musters der Vierlagigen Zellstruktur in 39 haben die besagten Zellen (65) die Form eines Tetraeders. Der diagonal verlaufende, nur in der Schrägansicht gezeigte Anschnitt (66) zeigt diese Zellen als kleine, auf der Spitze stehende Dreiecke. Der in Y-Richtung verlaufende Anschnitt (67) zeigt diese Zellen (65) als kleine, auf der Spitze stehende Quadrate, ebenfalls wegen der Schrägansicht nur schematisch und verzerrt.
In der Drahtgitter-Darstellung wurde der Abstand direkt flächig aufeinander liegender Lagen der Einfachheit halber ignoriert.
In 41 im Schnitt B-B durch die Vierlagige Zellstruktur in 39 ist dieser in Y-Richtung verlaufende Anschnitt dann unverzerrt und mit allen vier Lagen (28) der Vierlagigen Zellstruktur zu sehen – mit den auf der Spitze stehenden, schraffierten Quadraten der tetraederförmigen Zellen (65). All diese vier Lagen würden in einem nicht dargestellten Schnitt C-C innerhalb einer in 39 erkennbaren vertikalen Schnittebene C-C parallel zur Schnittebene A-A überall, außer am Rand, aneinander anliegen, und zwar mit dem Trapez-Profilmuster der nur einen Lage aus Schnitt A-A in 32. Dieser Schnitt C-C führt durch die schon erwähnte Zone von Segmenten, welche diese Zellstruktur für sich alleine nur mäßig verwindungssteif macht.
42 zeigt zusammen die Oberflächen dreier über Eck an Element-Stoßfugen (68) exakt aneinandergesetzter Relief-Bauelemente (69) aus einer Doppellagigen Faltstruktur gemäß 37. Da diese Doppellagige Faltstruktur als Halbzeug für diese Elemente nicht so steif ist wie eine Wellstruktur nach Anspruch 3, können sie nicht selbsttragend ohne eine zweite Schicht oder eine stützende ebene Deckschicht dahinter oder davor eingesetzt werden.
Die 43 bis 50 auf einem weiteren Blatt betreffen das zweite Beispiel einer Vierlagigen Zellstruktur, hier mit wenigen Polygonen pro Grundeinheit des Reliefmusters. Weil die quadratischen konvexen Polyflächen des Reliefmusters in sich von den Richtungen des diesem zugrundeliegenden Quadratrasters jeweils in der Z-Achse weg gedreht sind, gibt es aber im Gegensatz zu den beiden vorhergehenden Beispielen keine Spiegelsymmetrie im Reliefmuster, sondern nur eine Drehsymmetrie – diese hier aber ebenfalls vierzählig.
Die in 49 gezeigte Grundeinheit (1) des Reliefmusters einer in 45 gezeigten Lage (28) mit nur einseitig einheitlich nach oben ausgerichteten Kassetten hat, wie in 46 unten nach vorne herausgezogen zu sehen, hier die genau gleiche konvexe Polyfläche (2) als Grundlage wie die Grundeinheit in 25 eines Reliefmusters einer Lage in 30 mit dort beidseitig alternierend nach oben und unten ausgerichteten Kassetten.
Die beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) beider Beispiele, in 43 wie in 28, haben Löcher mit einer rein zweizähligen Drehsymmetrie. In beiden Fällen, sind die jeweils zusammengehörenden Zuschnitte gleich, also nicht zueinander spiegelbildlich. Sie liegen nur zueinander um etwa 90° in der Z-Achse gedreht da. Im Unterschied zu 28 würde aber in 43 die Berücksichtigung der Werkstoffdicke zu einem Parallelversatz aller Linien, der Faltlinien (12) und der Lochrand-Abschnitte (13), führen, so dass die beiden zusammengehörenden Zuschnitte, wie immer bei einer Doppellagigen Faltstruktur für eine Vierlagige Zellstruktur, nicht mehr baugleich wären. Die Berücksichtigung der Werkstoffdicke wird später noch beschrieben.
Gemeinsam zwischen 44 und 29 ist dann aber immerhin noch, dass entsprechend die beiden jeweils zusammengehörenden Faltgebilde (24, 24) in der X-Richtung, also der Förderrichtung als Projektionsrichtung, unterschiedliche Silhouetten (26, 27) haben. Entsprechend sind auch erst die Silhouetten (60, 61) der fertigen Lagen in 30 und 45 wieder gleich.
Deshalb werden auch hier bei einer kontinuierlichen Produktion aus Rollenware zwei unterschiedliche Faltwerkzeuge für das Falten nötig. Bei einer diskontinuierlichen Produktion kompakt begrenzter Zuschnitte hingegen genügt nur ein Faltwerkzeug. Jede zweite der in diesem Fall immer gleichen Lagen muss dann nur um genau 90° auf der Arbeitsfläche liegend in der Z-Achse gedreht werden, um, auf eine andere aufgelegt, zu einer Doppellagigen Faltstruktur verbunden zu werden – vorausgesetzt, dass die Werkstoffdicke vernachlässigt werden kann.
In einer Lage (28) in 45 bilden zwei kurze Fugen (32) auf einer Gerade zusammen eine Diagonale durch das mit zwei gleichschenklig dreieckigen H-Segmenten (6) als Losen Segmenten belegte quadratische Zusätzliche H-Polygon (4), wie ergänzend auch in 46 nach vorne herausgezogen zu sehen ist, wo die rechts liegende Lage (28) aus 45 oben auf der in 45 links gelegenen aufliegend zu sehen ist. Diese kurzen Fugen (32) gehören, wie in 45 ganz rechts und ganz links zu sehen, zu verschiedenen Fugenzügen (31), von denen es wieder, wie im Beispiel in 5 und dem in 30, nur zwei pro Fugengebilde (30) gibt, wodurch der einzige Schlusspunkt (21) in der Mitte des von oben gedanklich drehsymmetrisch zu sehenden Fugengebildes liegt. Es ist nun aber in der Faltstruktur-Komponente die Mitte eines Zusätzlichen, in 46 bezeichneten, von Polyflächen umgebenen H-Polygons (4), in der die beiden Fugengebilde (30), von denen nur eines in 47 oben dick hervorgehoben und numeriert ist, sich an ihren jeweiligen Schlusspunkten (21) so überkreuzen, wie es in der zweiten, der rechten Faltstruktur-Komponente in 47 oben nach hinten herausgezogen zu sehen ist.
Im Unterschied zum vorhergehenden Beispiel mit den Faltstruktur-Komponenten in den 37 und 38 nach Anspruch 8 ist die fertige Faltstruktur-Komponente (34) in 46 nicht baugleich mit der fertigen Faltstruktur-Komponente (34) in 47. Somit entspricht die fertige Vierlagige Zellstruktur (63) in 48 also nur Anspruch 7. Deren zweite Faltstruktur-Komponente (34) in 47 wird geometrisch durch Spiegelung der ersten (34) in 46 in der Y-Z-Ebene definiert. In 47 ist diese zweite Faltstruktur-Komponente außerdem bereits von der über- auf die Unterseite gelegt, geschehen durch Drehung gemäß Drehrichtungspfeil in 46 um 180° in der Y-Achse. Das geometrische Spiegeln bedeutet rückblickend faktisch ein von der Darstellung des Faltzustands in 44 abweichendes, entgegengesetztes, nicht dargestelltes Falten von zwei gleich wie die ebenen Zuschnitte aus 43 geformten und daliegenden Zuschnitten, bei dem alle Kehlen und Grate aber vertauscht vorgesehen werden müssen, um die beiden ungleichen Lagen und Faltzustände für die zur ersten ungleiche, weil chirale zweite Faltstruktur-Komponente zu erhalten. Die beiden ebenen Zuschnitte müssen dafür also diesmal so zu Lagen gefaltet werden, dass deren Kassetten nicht mehr nach oben wie in 45 ausgerichtet sind, sondern nach unten.
Aus einer fertigen, von Quadraten bestimmten Faltstruktur-Komponente (34) in 46 nach vorne herausgezogen sieht man, wie schon erwähnt, ein Stück des Drahtgitters von deren Reliefmuster. Der an diesem Stück seitlich zu sehende Anschnitt-Linienzug (70) bildet mit einem formgleichen, nur anders gelegenen Anschnitt-Linienzug (71) aus 47 dann in 50 zusammen einen Anschnitt (72) des dort ebenfalls als Drahtgitter fragmentarisch dargestellten räumlichen Musters der in 48 flächig dargestellten Vierlagigen Zellstruktur (63)). Die Einschlüsse dieses Anschnitts (72) sind, wenn auch wieder nur verzerrt zu sehen, wieder als symmetrisch auf der Spitze stehende Vierecke erkennbar. Diese Vierecke sind diesmal Rauten als Anschnitte eines in Z-Richtung gestreckten, ursprünglich regelmäßigen Tetraeders.
Dank ihrer Zellen ist die Vierlagige Zellstruktur in 48 ebenfalls vom Grundsatz her stabil, also biege- und verwindungssteif. Die indirektere Führung der Kräfte macht die Faltstruktur aber bei gleich scherfestem Werkstoff geringfügig nachgiebiger als die Faltstruktur in 39. Dies gilt auch für das nächste Beispiel mit in einem drehsymmetrischen Reliefmuster angeordneten H-Polygonen in der Form eines Dreiecks anstatt eines Quadrats.
Die 51 bis 60 betreffen das dritte und letzte Beispiel einer Vierlagigen Zellstruktur – hier nur dreizählig symmetrisch. Es entspricht insofern dem vorausgegangenen, als auch hier eine Senke drehsymmetrisch von Kassetten umgeben ist. Diesmal hat die Senke aber nur drei Ecken und ist somit nur von drei Kassetten umgeben.
Wegen der Dreiecksgeometrie weist der Längsschnitt in 51 ein asymmetrisches Profilmuster wie in 9 auf und unterscheidet sich zudem vom Querschnitt in 52. Im Unterschied zur Quadrat-Geometrie sind die H-Polygone (4) und konvexen Polyflächen gemäß 52 kleiner im Verhältnis zur Tiefe des Reliefmusters, welches hier also feinteiliger ist. Zudem hat es auch eine dreizählige Spiegelsymmetrie, wie in der Draufsicht in 52 auf das Reliefmuster eines Teils der Lage aus 56 zu sehen ist. Das Muster ist einfacher als das der beiden vierzählig symmetrischen Beispiele vorher. Die demgemäße Faltstruktur wird mit ihrer Fugenanordnung aber erst jetzt beschrieben, weil sie schwerer zu verstehen ist.
Hier sind es nämlich nicht mehr nur einige H-Polygone (4), die mit zwei koplanar aneinanderliegenden H-Segmenten (6) besetzt sind, sondern dazu auch alle V-Polygone (5), welche mit zwei koplanar aneinanderliegenden V-Segmenten (7) besetzt sind. Die paarweise in einer Lage (28) in 56 jeweils an einer Fuge (32) zusammenkommenden V-Segmente (7) sind hier zudem ungleich geformt, indem das gleichseitige Trapez eines V-Polygons (5) gemäß 53 mit einem im Zuschnitt in 54 zu sehenden kleinerem V-Segment (7) in der Form eines gleichseitigen Dreiecks und einem größeren V-Segment (7) in der Form einer Raute besetzt wird. Im Unterschied zu den beiden dreieckig rechtwinkligen, zueinander spiegelsymmetrischen kleinen H-Segmenten (6) pro nur noch jedem zweitem Zusätzlichen H-Polygon (4) sind die beiden verschieden geformten V-Segmente je V-Polygon jedoch keine Losen Segmente, sondern eingebunden in das kontinuierliche Netz zwischen Knotenpunkten (15).
Das gedachtes Sechsecksnetz der beiden ebenen Zuschnitte (8, 8) in 54 mit hier dreiwertigem Knotenpunkt (15) entspricht der dreizähligen Symmetrie der Anordnung der Spalt-Enden (17) und Spalt-Ränder (19) im Umriss der Löcher (14). Hier queren sich nicht nur Ketten (10, 11) von Polygonen, die in zwei Richtungen verlaufen. Eine dritte Kette ließe sich hier ergänzend für eine dritte Richtung darstellen. Der Bereich der Querung umfasst hier mehrere Polygone.
Gemäß 55 drehen sich die V-Segmente hier beim Falten in Zuständen als Faltgebilde (24, 24) stärker als in allen anderen Beispielen von Zuschnitten, weil weite Spalte zwischen ihnen zu schließen sind. Ein Loch erinnert dabei etwas an eine Iris-Blende – mit dem Unterschied, dass sich die Segmente aufeinander zu und in die Höhe falten, anstatt sich flach zu überlappen. Beim Faltvorgang vollziehen alle gleichseitig dreieckigen H-Segmente (6) der hier nicht durch eine Fuge halbierten zukünftigen Senken zwischen den entstehenden Kassetten letztlich eine Drehung von 60° gegenüber den oberen H-Segmenten der Kassetten.
An den jeweils links herausgezogen dargestellten, sich überkreuzenden Fugengebilden (30) der Faltstruktur-Komponenten (34) in 57 und (34) in 58 ist zu erkennen, dass ihr jeweils einziger Schlusspunkt (21) hier weder die Mitte eines H-Polygons noch die Mitte eines Fugengebildes (30) darstellt. Zwei Fugengebilde (30) überkreuzen sich statt dessen an ihren Seit-Kreuzungspunkten (42) hier in einem der Eckpunkte (73) eines dreieckigen Zusätzlichen H-Polygons (4) gemäß dem Reliefmuster in 52.
Die chiralen Faltgebilde (24, 24) in 55 brauchen wegen ihrer gleichen Silhouetten (26, 27) in X-Richtung nur ein einziges Faltwerkzeug nach Anspruch 14 für eine kontinuierliche Produktion.
Die fertige, dreizählig spiegel- und drehsymmetrisch gemusterte Faltstruktur-Komponente (34) in 58 ist baugleich nach Anspruch 8 mit ihrem Gegenstück (34) in 57. In einem diskontinuierlichen Herstellungsprozess wird also einfach jede zweite Faltstruktur-Komponente (34) gemäß Drehpfeil in 57 mit der Oberseite nach unten gelegt, um auf die erste Faltstruktur-Komponente (34) ineinandergreifend zum Verbinden aufgelegt zu werden.
Während das Reliefmuster der einzelnen Faltstruktur-Komponente noch auch spiegelsymmetrisch war, ist das der Vierlagigen Zellstruktur nur noch drehsymmetrisch. Dank der Dreiecke als H-Polygone anstatt der Vierecke ist sie aber noch weniger nachgiebig als die im vorigen Beispiel.
In 60 zeigt das gedachte fragmentarische Drahtgitter der Kanten der Vierlagigen Zellstruktur von 59, dass die eingeschlossenen Zellen (65) die Form eines auf einer dreieckigen Fläche als H-Polygon liegenden Oktaeders haben. Außerdem sind in 60 die ebenfalls rautenförmigen Kontaktflächen (64) der einander zugewandten Oberflächen der Faltstruktur-Komponenten aus den 57 und 58 sichtbar gemacht, die hier, mathematisch gesehen, jeweils die Schnittmenge zweier sich nur teilweise überlagernder, also überlappender anstatt innerhalb eines V-Polygons zur Deckung kommender und zusammenfallender V-Polygone (5) dieser zugewandten Oberflächen sind.
Vierlagige Zellstrukturen sind robust und dank ihres im Kleinen wie im Großen flächigen Zusammenhalts sinnvoll, wenn der Werkstoff nicht besonders fest ist. Auch die vielen Lagen machen Faltkanten relativ starr.
Es gibt aber auch die Möglichkeit, bei einer Hohlräume bildenden Zellstruktur nach Anspruch 5 auf zwei Lagen zu verzichten, um den Herstellungsvorgang zu verkürzen. Die mögliche Zahl der Reliefmuster mit nur zwei Lagen, die Hohlräume einschließen, ist aber wahrscheinlich begrenzter. Eine solch „Zweilagige Zellstruktur” ist nämlich wesentlich schwieriger zu erdenken, weil nach Anspruch 6 die wechselseitige Überbrückung der Fugen (32) durch V-Segmente (7) jeweils innerhalb ein und desselben V-Polygons (5) als Kontaktfläche (64) zwischen zwei jeweils eine konvexe Polyfläche (2) besetzenden Kassetten der beiden noch benötigten Lagen erfolgen muss, damit es keine unüberbrückten, von oben nach unten verlaufenden Fugen gibt..
Die 61 bis 69 betreffen eine Faltstruktur als eine Zweilagige Zellstruktur, die sich gemäß Anspruch 6 aus nur zwei Lagen bildet.
61 zeigt im Längsschnitt A-A der Lage aus 67 ein gleichförmiges Trapez-Profilmuster als Polygonzug des Anschnitts einer fertigen Lage – hier mit oben und unten gleich langen kleinen horizontalen Abschnitten. Der obere kleine Polygonzug-Abschnitt davon ist der Anschnitt einer Seite eines oberen, zu einer Kassette gehörigen H-Segments, der untere ist der Schnitt durch ein zusätzliches H-Segment einer dreieckigen Senke zwischen drei sechseckigen Kassetten.
Das in 62 nicht nur anhand der Grundeinheit (1), sondern auch als Teil der Draufsicht auf die obere Oberfläche der Lage (28) aus 67, aber ohne Fugen, gezeigte Reliefmuster führt, wie noch gezeigt wird, zu einem besonders gleichmäßigen und symmetrischen räumlichen Muster für eine Zweilagige Zellstruktur. Die Schnitte B-B und C-C zeigen mit ihren weiteren Profilmustern, wie einfach und kompliziert zugleich die Struktur ist.
Die konvexe Polyfläche (2) in 63 ist die obere Hälfte eines Hexaoktaeders als eines halbregelmäßigen konvexen Polyeders. Dank dieser geometrischen Grundlage könnte man drei mit ihrer jeweiligen Nullebene zueinander im Winkel über Eck liegende, nicht dargestellte Relief-Bauelemente als größere Stücke von einer Wellstruktur, die nach Anspruch 3 ohne Hohlräume aus einer Lage (28) und einem nicht dargestellten Spiegelbild dazu mit dem Reliefmuster nach 62 hergestellt ist, wieder unauffällig miteinander verbinden, wobei die drei Nullebenen sich in Linien als Kanten einer tetraederförmigen oder einer oktaederförmigen gebauten Hülle schneiden würden.
Die nach oben bzw. unten offen ausgerichteten konvexen Polyflächen (2) haben gemäß 64 zwar mit sechs Grundseiten nicht gerade wenig Seiten. Dafür gibt es hier aber keine weiteren Punkte auf diesen Grundseiten, welche, wie in den beiden Beispielen der Reliefmuster einer Vierlagigen Zellstruktur zuvor, die rechtwinklige oder spitze Ecke des Randes einer benachbarten konvexen Polyfläche darstellen.
Die gleichseitig dreieckigen V-Polygone bilden, mit entsprechenden V-Segmenten besetzt, vollständig die Zellen (65) gemäß 64. Die hohlen, geschlossenen Zellen (65) haben auch hier die Form eines auf einem horizontalen dreieckigen Polygon liegenden Oktaeders. Vorne rechts ist eine gestrichelt schraffierte sechseckige konvexe Polyfläche (2) nach unten gerichtet, also nach oben offen. Eine andere schraffierte konvexe Polyfläche (2) hinten links ist nach oben gerichtet und nach unten offen. Dazwischen überlagern sich weitere konvexe Polyflächen dieser beiden Ausrichtungen – dargestellt wieder nur als Drahtgerüst.
Wie im vorausgegangenen Beispiel einer Vierlagigen Zellstruktur ist das aus zwei Reliefmustern gebildete räumliche Muster der hier gezeigten Zweilagigen Zellstruktur auch deshalb vorteilhaft, weil es sich nicht mehr auf Drehsymmetrien beschränkt, sondern auch Spiegelsymmetrien aufweist. Das macht beide Faltstruktur-Beispiele jeweils für sich alleine ohne plane Deckschichten recht verwindungssteif, zumal sich hier in der oberen und unteren äußeren Ebene parallel zur Nullebene geradlinig horizontal Faltlinien durch die gesamte Struktur ziehen. Die Zonen ohne Zellen in der Zweilagigen Zellstruktur mit einem Trapezprofil wie in Schnitt A-A sind nicht parallel gefaltet, sonder weisen, von oben gesehen, eine Konfiguration aus Dreiecken auf, in der die zwischen diesen liegenden Vierecke wie die Diagonalen eines Fachwerkträgers angeordnet sind.
65 zeigt nur einen einzigen ebenen Zuschnitt (8). Der zweite, für die Zweilagige Zellstruktur benötigte, nicht gezeigte deckungsgleiche Zuschnitt ist spiegelsymmetrisch. Somit sind die zusammengehörigen Lagen, von denen eine (28) in 67 und die andere (28) in 68 dargestellt ist, chiral. Der Zuschnitt in 65 hat sowohl ein sehr ähnliches, in jeder Masche mäandrierendes Sechsecksnetz zwischen Knotenpunkten (15) als auch die gleichen H-Segmente (6) wie die beiden Zuschnitte in 54. Der Unterschied besteht in den V-Segmenten (7), welche hier als Formate zum einen als ein gleichseitiges Dreieck, das dann in einer Faltstruktur-Lage ein ganzes, gleichseitig dreieckiges V-Polygon besetzt, zum anderen als ein flaches kleines gleichschenkliges Dreieck und ein Fünfeck mit einer Innenecke, die dann beide zusammen nebeneinander ein quadratisches V-Polygon besetzen, vorkommen.
Das temporäre Faltgebilde in 66 belegt einmal mehr durch das Gleichbleiben der Zuordnung aller Teile zueinander auch bei seiner Verkürzung in X- und Y-Richtung und seiner Verlängerung in der Z-Höhe, dass die räumliche Faltung geometrisch exakt, also ohne Zwängungen funktioniert.
In 67 mit der unteren Lage (28) und in 68 mit der oberen Lage (28) ist die Form und Anordnung der Fugen der Lagen für die Zweilagige Zellstruktur (75) in 69, dargestellt: Jedes quadratische V-Polygon einer Lage (28), das gemäß 67 deckungsgleich mit einer Kontaktfläche (64) ist, wird an einer Seite von einem Linienzug aus zwei kurzen Fugen (32, 32) gemäß 68 durchzogen. Dreimal sind solche Linienzüge drehsymmetrisch sowohl um jedes obere gleichseitig dreieckige H-Segment einer Kassette als auch um jede gleichseitig dreieckige Senke herum in 67 angeordnet, egal, ob diese Senke aus zwei H-Segmenten (6, 6) oder nur aus einem H-Segment besteht.
Die Querschnitts-Silhouette (60) der fertigen Lage in 67 ist, wie auch die nicht dargestellte des Faltgebildes im Faltzustand in 66, oben sehr deutlich gezackt, was die Faltung mit einem Faltwerkzeug gemäß Anspruch 14 begünstigt.
Die Lage (28) in 68 ist chiral zu der Lage (28) in 67. Sie ist mit der Unterseite nach oben gelegt, Die Kassetten öffnen sich also nach oben. Das vorzustellende Spiegelbild ist nämlich verschoben und um 180° in der X-Achse gedreht worden. Oben befinden sich somit nun die dreieckigen Zusätzlichen H-Segmente zwischen den nach unten ausgerichteten sechseckigen Kassetten, so dass sich oben sichtbar ein ebenes Muster aus leeren Sechsecken und gefüllten Dreiecken ergibt.
Die beiden Ebenen der Dreiecke zwischen Sechsecken beider Lagen einer fertigen Zweilagigen Zellstruktur (75) wie in 69 sind die Obergurt- und die Untergurt-Ebene eines materialsparenden, periodisch räumlichen Faltwerks, eines Raumfaltwerks, das in der Darstellung als Drahtgitter in 64 wie ein ebenes Raumfachwerk aussieht.
An den herausgezogen dargestellten Fugen der Lagen in den 67 und 68 ist zu erkennen, dass der Schlusspunkt (21), wie schon in 56, nicht zugleich auch die Mitte eines H-Polygons oder Fugengebildes (30) darstellt. Im Unterschied zu den 38, 47 und 57 der vorausgegangenen Beispiele von Faltstruktur-Komponenten (34) als Hälften einer Vierlagigen Zellstruktur überkreuzen sich hier zwei Fugengebilde überhaupt nicht mehr. Sie berühren einander, wie bereits in den 38, 47 und 57 zusätzlich zum Überkreuzen der Fall, lediglich an den Eckpunkten der Polygone, die hier nun überall auch die eines quadratischen V-Polygons sind, dessen Fläche als Kontaktfläche (64) zwischen zwei Kassetten verschiedener Lagen dient.
In 69 ist zu sehen, dass, anstatt wie im Beispiel vorher nur zum Teil der Fläche eines V-Polygons, hier die gesamte Fläche des hier größeren, quadratischen V-Polygons als Kontaktfläche genutzt wird. Nicht alle V-Polygone aber werden noch für die Verbindung der beiden aneinander anliegenden und dabei Hohlräume einschließenden Lagen genutzt. Die beiden kurzen geraden Fugen (32) zwischen zwei V-Segmenten einer Lage laufen hier nämlich nicht an einer Kante zwischen Polygonen entlang, so dass die Überbrückung der Fugen jeweils innerhalb des quadratischen V-Polygons erfolgen kann.
Der Querschnitt D-D in 70 durch die in 69 gezeigte fertige Zweilagige Zellstruktur (75) ist, auf das Reliefmuster bezogen, in der gleichen Ebene wie der in 62 gezeigte Schnitt C-C durch die in ihr enthaltene einzelne Lage (28) aus 67 geführt. Der Anschnitt-Linienzug des Schnittes C-C ist in 70 zweimal zu sehen, oben nämlich noch einmal, um 180° gedreht. Eine Zelle (65) ist mit ihrem gestrichelt schraffierten Hohlraum hervorgehoben. Wie schon im Schnitt in 41 durch eine Vierlagige Zellstruktur sind auch hier die Lagen zwar ohne Materialdicke, aber, damit sie unterschieden werden können, obwohl sie tatsächlich unmittelbar aufeinander liegen, mit Abstand voneinander in der Höhe dargestellt.
Mit 70 ist die Darstellung von Faltstrukturen ohne erkennbare Werkstoffdicke abgeschlossen.
Im Folgenden geht es um die Berücksichtigung der Werkstoffdicke im Detail anhand zweier verschiedener Beispiele. Die 71 bis 75 zeigen auf einem Zeichnungsblatt als erstes dieser beiden Beispiele die Bildung eines von der oberen Ecke der linken, ersten Lage (28) einer Wellstruktur nach Anspruch 4 in 30 diagonal abgeschnittenes Stücks mit sichtbarer Werkstoffdicke, die in der planen Fläche des diagonalen Anschnitts schraffiert zu sehen ist, sowie deren Verdoppelung zu einer Lage. Solch eine Dicke kann nicht mehr unberücksichtigt bleiben und durch Zwängung, leichte Verformung oder nachgiebige oder nachgiebig gemachte Flächenzonen an Faltlinien ausgeglichen werden.
Das Beispiel mit Werkstoffdicke geht davon aus, dass der ebene Zuschnitt (8) in 71 aus einem Plattenmaterial herausgetrennt ist, das selbst einen Sandwich-Aufbau im Kleinen hat, bei dem nach einfach nur senkrechtem, einseitigem Einschneiden und unter Verzicht auf irgendwelche Gehrungen ein relativ exaktes Faltgelenk in Form der jeweils verbliebenen Deckschicht entsteht.
So klaffen im Zustand als Faltgebilde (24) in 72 die Falten entlang der Faltlinien im Profil zu V-Profil-Fugen auf.
Die erste Lage (28) in 73 und die zweite Lage (28) in 74 sind baugleich, wie es die beiden Lagen in 30 sind. Sie sind in 75 allerdings anders aufeinandergelegt als in 31.
Die bislang alle Teile ohne Berücksichtigung der Materialdicke unmittelbar bestimmende, periodisch gemusterte Systemfläche des Reliefmusters ist die Grundlage für die geometrische Konstruktion der ebenen Zuschnitte mit Materialdicke. Es sind generell nur die einander zugewandten und sich flächig zum Verbinden zweier Lagen berührenden Oberflächen dieser Lagen, welche sich in der hier durchgängig gemeinsamen, periodisch gemusterte Systemfläche einer fertig verbundenen Faltstruktur aus mindestens diesen zwei Lagen befinden.
Zum geometrischen Konstruieren des ersten Zuschnitts muss die Ebene jedes Polygons (4, 5) der Systemfläche nun um den überall gleichen Betrag der Werkstoffdicke – in einer Richtung jeweils senkrecht zu dieser Ebene – parallel nach unten versetzt werden, um die Ebener der zweiten, unteren Oberfläche des diese Polygon besetzende Segments in ihrer Position in einer fertigen ersten Faltstruktur-Lage zu erhalten, und um dann die Proportionen des Segments im Zuschnitt entsprechend den Linien der Verschneidung der als Ergebnis erhaltenen neuen Ebenen anzupassen, damit eine rein theoretisch denkbare Überlagerung von zwei Anschnittflächen im Bereich der Faltlinie vermieden wird, wie sie in 62 ganz links eingekreist zu sehen ist.
Weil die im Profil v-förmig klaffenden Faltlinien-Fugen Platz wegnehmen, sind die Abmessungen der Segment-Oberflächen geringfügig kleiner, größer oder anders als die der entsprechenden Polygone der Systemfläche. Zudem berühren sich, wie in 75 erkennbar, die flächig aufeinander liegenden Oberflächen zweier Segmente verschiedener Lagen im Bereich eines schmalen Streifens am Segment-Rand nicht, weil die beiden entsprechenden geraden Rand-Seiten dieser beiden Segmente leicht parallel versetzt auf- bzw. nebeneinander liegen. Die durchgehende Flächigkeit einer Faltstruktur-Lage findet wegen der örtlich relativen Verkleinerung und Vergrößerung der flächigen Ausdehnung der sich berührenden Segmente und des daraus resultierenden Versatzes von diesen zueinander insofern ihre Grenzen.
Die Vollflächigkeit der Segmente, die Polygone besetzen, beschränkt sich, wie auch die Durchgängigkeit einer Faltstruktur-Lage, also auf die an immerhin über die ganze Länge an Linien von Falten und Fugen lückenlos aneinanderliegenden, nicht mit Gehrung, sondern rechtwinklig an den Einschnitt- oder Schnitt-Kanten geschnittenen Segmente, sowie auf die Durchgängigkeit der periodisch räumlich gemusterten Systemfläche aus Polygonen, die allesamt mit Segmenten besetzt sind. In einer Lage treffen sich alle Segmente linear auf Kante; sie hängen alle als Ganzes an ihren Falten zusammen und lassen entlang von keiner geraden Fuge eine Lücke. Kleine Löcher in der Größe der Werkstoffdicke bleiben nur an den Ecken zwischen Kanten oder Fugen übrig.
Die Werkstoffdicke einer Lage erstreckt sich von der Systemfläche aus nicht zentrisch, sondern nur nach einer Seite, in der 73 einer einzelenen, später in der Faltstruktur unten liegenden Lage (28) nur nach unten. Somit sind dort die mit Segmenten besetzten Polygone der Systemfläche des Reliefmusters unter-legt – also nicht wie in 74 be-legt.
Wegen der Einseitigkeit der Werkstoffdicke werden die Kassetten abwechselnd stumpfer oder spitzer als in der regelmäßig polygonal periodisch gemusterten Systemfläche. Das hier quadratische H-Segment (6) das jeweils ein immer gleich großes H-Polygon besetzt, wird also abwechselnd kleiner und größer, Die Periodizität und Kontinuität des ebenen Zuschnitts wie auch der Zwischenstadien während des Faltens, für die jeweils nur ein einziges solches Stadium in 72 dargestellt ist, bleibt erhalten. Die Segmente berühren weiterhin einander wie im ebenen Zuschnitt in 71, wo die Faltlinien noch nicht als V-Profil-Fuge mit zwei Seiten klaffen.
Durch ein Eiinschneiden in das Plattenmaterial wird die Faltlinie (12) zunächst zu einer Anschnittlinie (76) und dann auch zu einer Schnittfläche (77) mit einer an dieser Stelle verbleibenden dünnen länglichen Verbindung (78) als Faltgelenk – hier reduziert auf die Gelenk-Drehachse. Beim Falten gemäß 72 zieht sich die Anschnittlinie (76) in zwei Segment-Oberflächen-Randlinien (79) auf der Grat-Seite der Falte, hier oben, auseinander, wobei an jeder Falte zwei Kanten-Schnittflächen (80) sichtbar werden. Jeder Parallelverschiebung von Segment-Oberflächen-Randlinien (79) und jeder Drehung von Kanten-Schnittflächen (80) im Profil weg von den dünnen Linien der Systemfläche in eine Raumrichtung des Koordinatensystems entspricht eine um den gleichen Betrag entgegengesetzte Linienverschiebung oder Flächendrehung an einer anderen Stelle am Rand des gleichen Lochs (14) – dank der Drehsymmetrie des Lochs. So sorgt die Bewahrung der Parallelität von Linien auch hier in der Werkstoffdicke für den Erhalt der nötigen Durchgängigkeit der Faltstruktur-Lage, der die flächig kontinuierliche Ausdehnung der Faltstruktur ohne Zwängungen an Falten und ohne bleibende Verwerfungen an Segmenten möglich macht.
Die Drehachse (78) des Gelenks zwischen Segmenten ist in der Darstellung vereinfachend auf die jeweilige Oberfläche der Sandwichplatte gelegt. Bei Faltgelenken als Living Hinges ist sie in Wirklichkeit aber nicht so weit außen. Geometrisch stellt sich der Sachverhalt aber nahezu gleich dar. Die Werkstoffdicke ist dann kleiner anzusetzen als sie wirklich ist.
Eine ihrer beiden gleichen und zunächst gleich ausgerichteten Lagen gemäß 72 muss vor dem Aufeinanderlegen zu einer Wellstruktur zunächst mit der Unterseite nach oben gelegt werden, damit sich die Lagen trotz ihrer nun weniger regelmäßig gemusterten Seiten in – bzw. entlang – der polygonisierten Systemfläche berühren. Ein Drehen um 90° in der Z-Achse auf ebener Grundlage – wie in 30 rechts beim Ignorieren der Werkstoffdicke vor dem Aufeinandersetzen der baugleichen Lagen geschehen – ist hier aber nicht mehr sinnvoll. Eine streng der rechten, zweiten Lage aus 30 folgende geometrische Konstruktion dieser Lage mit Materialdicke – Linie für Linie wie bei der Konstruktion der linken, ersten Lage mit Materialdicke in 73 – würde nämlich zu einer zweiten Lage mit Werkstoffdicke führen, die nur im Binnenbereich das baugleiche erwünschte Bild ergäbe, nicht aber am Rand, wo der Umriss dann anders zu dem Muster mit nun alternierend großen und kleinen Quadraten als dicken H-Segmenten verlaufen würde.
Das Wenden der Doublette gemäß 73 für 74 von der Unterseite nach oben geschieht – einschließlich einer Drehung des Fugenbildes um 90° in der Draufsicht – nun durch Drehung der Doublette um 180° in einer Parallele der X-Y-Winkelhalbierenden als Drehachse, die dünn gestrichelt im Koordinatenkreuz von 75 links zu sehen ist. Die Drehachse ist hier also normal zur Ebene der schraffierten Anschnitte. Nach dem Drehen sind die beiden Lagen in ihrer Ausdehnung seitlich verschoben aufeinandergesetzt, so dass es in der fertigen Faltstruktur (34) als Wellstruktur in 75, abweichend von 31, durchgängig einlagige Randzonen gibt.
Baugleiche Zuschnitte und Lagen bleiben in einer Wellstruktur nach Anspruch 3 also unter Berücksichtigung der Werkstoffdicke baugleich. Im Fall einer Vierlagigen Zellstruktur aber werden die ursprünglich deckungsgleichen Zuschnitte der beiden Lagen einer Doppellagigen Faltstruktur als Faltstruktur-Komponente unter Berücksichtigung der Werkstoffdicke geringfügig unterschiedlich in der Proportionierung, weil der Anschnitt-Polygonzug der gemeinsamen, periodisch gemusterten Systemfläche nicht – wie bei einer Wellstruktur mit ihrem gleichmäßigen Auf und Ab nach oben und unten – gleich ist, weshalb die Polygonzüge der Anschnitte der voneinander abgewandten Oberflächen der beiden Lagen einer Faltstruktur-Komponente mit Werkstoffdicke immer unterschiedlich aussehen. Immerhin sind aber die beiden inneren wie die beiden äußeren Lagen einer Vierlagigen Zellstruktur jeweils baugleich, wenn die beiden Faltstruktur-Komponenten bereits ohne Berücksichtigung der Werkstoffdicke baugleich waren.
Alles bisher Beschriebene ging davon aus, dass – gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 – ein Zuschnitt wirklich nur – gleichsam monolithisch – aus einem großen Stück des flächigen Werkstoffs herausgeschnitten wurde. Eine Zusammensetzung des ebenen Zuschnitts aus mehreren, wenn nicht sogar einer Vielzahl von Stücken kann aber ebenfalls erfindungsgemäß sinnvoll sein, um viel Schnittabfall zu vermeiden, wenn Segmente mit mittelgroßen Abmessungen entstehen sollen. Dabei sollten die Stöße der maximal sinnvoll großen oder überhaupt am Markt erhältlichen Zuschnitts-Werkstoff-Stücke nicht den Faltlinien oder den Lochrand-Abschnitten folgen, so dass wenigstens nach Überlagerung zweier gestückelter Lagen ein stabiles Ganzes entsteht, so dass Fugenzüge also auch hier durch flächige Überlappung überbrückt werden.
Im Extremfall kann jede Faltlinie anstatt eines bevorzugten Faltgelenks aus dem Zuschnitts-Werkstoff selbst als Drehachse auch tatsächlich ein zusätzlich montiertes Scharnier sein, z. B. ein Bandscharnier aus Metall. Dann entspricht dem ebenen Zuschnitt tatsächlich eine große Matte gemäß Anspruch 15 aus einzelnen massiven Stücken als Segmente mit recht großen Abmessungen von etwa 30 cm, z. B. aus Sperrholz.
Auch das als nächstes und letztes, in den 76 bis 81 gezeigte Beispiel einer beidseitig gleichen Faltstruktur nach Anspruch 3 kann gemäß Anspruch 15 aus Segmenten zusammengesetzt sein, anstatt in Segmente unterteilt zu sein. Das in ihr als geometrischer Extremfall angewandte kubische Reliefmuster ist schon deshalb nur unter Berücksichtigung irgendeiner noch so kleinen Materialdicke realisierbar, weil grundsätzlich kein flaches Stapeln des fertigen Objekts wie beim Eierkarton möglich ist. Es handelt sich um eine als Raumteiler-Regal stehend vorgesehene Faltstruktur mit normal zur Nullebene ausgerichteten V-Segmenten von rechtwinkligen Kassetten in schachbrettartiger Anordnung, die als Regal-Fächer dienen. Die diagonale Anordnung der Fächer zum Regal-Rand kann noch zu einer rechtwinkligen werden, wenn anstatt des unterteilten Zuschnitts tatsächlich eine zusammengesetzte Matte gemäß Anspruch 15 vorgesehen wird, deren dann entsprechend sehr viel langgestreckteres Format auch in diesem Fall nur noch wenig Schnittabfall verursacht.
Die zunächst noch eben liegende Matte wird in einem recht begrenzten, in seiner Größe noch von mehreren Händen zu bewältigenden Stück zusammen- und dabei in die Z-Richtung hochgefaltet. Zwei fertig gefaltete Lagen werden am Ende mit jeweils vier Schrauben Segment an Segment fest, aber lösbar miteinander verbunden und dann als Ganzes senkrecht aufgestellt.
Die alternierend ausgerichteten konvexen Polyflächen jeweils in der Form eines halbierten hohlen Würfels anstatt eines Pyramidenstumpfes können gedanklich auch als Stumpf einer Pyramide mit unendlich steilen Seitenflächen und einer Spitze im Unendlichen angesehen werden.
Die parallelseitigen Spalte (81) als Teil der Löcher (14) des ebenen Zuschnitts in 76 sind nötig, weil in der fertigen Lage der Platz für eine Falte nicht zweimal besetzt werden kann, wie das in einem Modell ohne Materialdicke geometrisch möglich ist.
Im Unterschied zur pyramidalen Entsprechung anhand eines Faltgebildes (24) in 72 muss eine Lage des Würfel-Reliefmusters in zwei getrennten Faltvorgängen gemäß dem Faltgebilde (24) in 77 und dem selben Faltgebilde (82) in einem weiteren, anderen Faltzustand in 78 gefaltet werden. Die Trennung in zwei Vorgänge wird durch einen notwendigen Wechsel der Faltrichtung verursacht. Der Zuschnitt (8) in 76 kann nicht einfach als Ganzes in einem Vorgang nur von zwei oder allen vier Rand-Seiten her zusammengeschoben werden. Zunächst erfolgt, geometrisch recht einfach, der Faltvorgang gemäß dem Zwischenzustand in 77 — ähnlich wie in der Wellpappe-Produktion. Am nicht dargestellten Ende dieses ersten Faltvorgangs stehen die Reihen der hier schräg zur Nullebene liegend sichtbaren Segmente senkrecht. Das weitere Falten zum Zustand gemäß 78 kann durch zwei von zwei Seiten aufeinander zukommende Zahnleisten in Gang gebracht werden. Dann lässt sich das Faltgebilde von lediglich zwei Ecken her zusammenschieben, bis die Löcher geschlossen sind. Der rechtwinklige Zuschnitt ist nur noch ein flächige wirkender Faltmechanismus – kein räumlich wirkender mehr wie in den Beispielen davor.
Im Folgenden geht es noch einmal um Faltstrukturen kleiner und mittlerer Größe mit konischen Kassetten und aus nicht gestückelten Zuschnitten – nun unter Berücksichtigung mechanischer Werkstoffeigenschaften für deren Herstellung in Serie, sei es durch Schneiden und Falten der Zuschnitte stückweise in klar definiert begrenzten Stücken ggf. nach Maß, oder sei es kontinuierlich mit scheinbar endlos langen Bahnen.
Da zum einen Wellstrukturen gemäß Anspruch 3 als Faltmechanismus mit praktisch nur einem Freiheitsgrad ganz leicht nur bei absolut steifen Segmenten und absolut gelenkigen Faltlinien, so wie sie in den 71, 72 und 73 idealisiert zu sehen sind, auf glatter Unterlage funktionieren, und andererseits Zellstrukturen gemäß Anspruch 5 mehr Freiheitsgrade haben und deshalb auf mehr als einfach nur eine glatte Unterlage als Führung angewiesen sind, kann der Faltvorgang nicht durch das Drehen von lediglich zwei benachbarten Segmenten zueinander bewirkt werden. Vielmehr muss fast jeder erfindungsgemäße Zuschnitt zur Unterstützung des Faltvorgangs an vielen Stellen bewegt werden.
Natürlich wäre es möglich, den ebenen Zuschnitt wie für eine Miura-Faltstruktur üblich zu falten. Die besondere Geometrie einer Faltstruktur nach Anspruch 1 ermöglicht aber ein anderes Verfahren:
Im Gegensatz zu Miura-Faltstrukturen, die – in der Terminologie dieser Beschreibung – nur V-Segmente aufweisen — haben die erfindungsgemäßen Strukturen auch H-Segmente. Die H-Segmente bleiben beim Faltvorgang stets horizontal, während die V-Segmente sich allmählich geneigt schräg stellen. Ebenfalls im Gegensatz zu den Miura-Faltstrukturen mit grundsätzlich geradliniger Silhouette der projizierten Oberkante und Unterkante haben einige erfindungsgemäße Faltstrukturen ein markantes Zickzack in der Silhouette (26, 27) ihrer Faltgebilde im Zwischenzustand wie auch der Silhouetten (60, 61) ihrer fertig gefalteten Lagen. Dies ist dort der Fall, wo die konvexen Polyflächen oben große H-Polygone haben und unten viele große Zusätzliche H-Polygone umschließen, wodurch die V-Polygone mehr Abstand bekommen. Diese markante Silhouette kann zum Leiten des Zuschnitts beim Faltvorgang genutzt werden, wobei das Zusammenfalten des Faltgebildes in Querrichtung dann dank dessen Eigenschaft als Mechanismus ein selbständiges Zusammenfalten in Längsrichtung bewirkt, wobei das Falten im Gegensatz zu einer Miura-Faltstruktur nicht durch besagte, geometrisch bedingte innere Zwängungen behindert wird.
Der Zuschnitt durchlauft zur Unterstützung der Faltung bei der Produktion ein Faltwerkzeug (83) nach Anspruch 14 mit sich veränderndem, d h. in der Breite sich verengendem, und in der Höhe zunehmendem Zickzack-Lichtraumprofil. Dieses Faltwerkzeug ist in 82 vereinfachend als ein Tunnel in einem massiven, aber durchsichtig gemachten Block dargestellt und folgendermaßen ausgebildet:
Wie ein Lüftungskanal mit Querschnitts-Wechsel ist es ein länglicher Kanal, dessen Lichtraumprofil sich nach anfänglichem Gleichbleiben dann der Länge nach verändert. An seinem Anfang ist das Lichtraumprofil ganz flach und ganz breit. An seinem Ende hat es die Form der Silhouette (60) einer Ansicht der fertig gefalteten Lage, gesehen aus der Richtung der Bewegung des gesamten Zuschnitts bei der Herstellung. Dazwischen vermittelt die Silhouette (26) des Faltgebildes im Zwischenzustand – hier die von 29. Die dünn gestrichelten Linienzüge als Schar von Pfaden der sich bei der Veränderung des Lichtraumprofils zunehmend stark herausbildenden Außen- und Innenecken dieses Profils beginnen und enden jeweils als gerade Linie und verlaufen dazwischen dank einer tangential den geraden Anfang und das gerade Ende verbindenden S-Kurve stetig, d. h. ohne Sprünge, Knicke oder plötzliche Krümmungs-Änderungen, so dass die vorübergehende, unvermeidliche elastische Verwindung innerhalb jedes Segments während des Faltvorgangs minimal ist. Vereinfachend sind die Faltgebilde (24) in den Figuren ohne die temporären Verwindungen in dem Faltwerkzeug dargestellt; sonst müsste jedes Faltgebilde an seiner rechten Seite stärker als an seiner linken gefaltet dargestellt sein.
Die Silhouette (26) des linken Zuschnitts im Faltzustand als Faltgebilde (24) in 29 hat, wie auch die in 4, ein sehr ausgeprägtes Zickzack-Muster. Das heisst, dass seine Zacken dank ihrer großen Höhe jeweils die Nullebene durchdringen und somit auch in der Lage sind, am Anfang des Faltvorgangs die noch horizontal liegenden V-Segmente zum Auslenken, Herausschwenken, zum Herausdrehen aus der Nullebene zu bringen und dabei auch die H-Polygone mit nach oben bzw. unten, also in Z-Richtung, zu verschieben.
Andere Silhouetten, wie die (27) des dazugehörigen rechten Faltgebildes (24) in 29 sind weniger ausgeprägt gezackt. Das Gleiche gilt besonders für alle Faltgebilde von Zellstrukturen gemäß Anspruch 5, die gerade besonders auf eine gute Führung angewiesen sind, aber unten – abgesehen von den nicht nutzbaren Silhouetten hervorstehender Loser Segmente – eine völlig gerade Silhouette haben, die keine Angriffsmöglichkeiten zum Falten bietet. Die ebenen periodischen Muster der Zuschnitte sollten deshalb aus fertigungstechnischer Sicht so zur Förderrichtung ausgerichtet sein, dass sie ein besonders stark ausgeprägtes Profil in einer quer dazu verlaufenden Schnittebene zeigen.
In einem nicht dargestellten Fall, in dem die Zacken im Werkzeug gemäß der Silhouette nicht die Nullebene durchdringen, muss die Silhouette als anfänglich geradliniger Schlitz zunächst künstlich zu einem flach gezackten Schlitz werden, um die Segmente überhaupt zum Ausschwenken aus der Nullebene zu bringen, und um die entstehenden Kassetten am Durchschlagen nach unten zu hindern – es sei denn, alle Falten wurden so vorbehandelt, z. B. eingeprägt oder einseitig geschrumpft, dass die Segmente sich, um einer dadurch entstandenen Vorspannung nachzugeben, selbst etwas aus der Nullebene herausdrehen und – heben.
Ebenfalls nicht in einer gesonderten Zeichnung zu sehen ist das Faltwerkzeug speziell mit der am Ende sogar oben wie unten durchgängig geradlinigen Silhouette einer fertigen Lage einer Zellstruktur nach Anspruch 5. Im Faltzustand gemäß 35 zeigen die hier gleichen Silhouetten (26, 27) der beiden Faltgebilde noch Zacken auch nach unten, und zwar als die Umrisse der noch absichtlich zur Kollisions-Vermeidung nach unten abstehenden Losen Segmente. Diese Zacken vergrößern sich deshalb im Lichtraumprofil unten stetig, bis das Lichtraumprofil oben bei seiner Veränderung in Herstellungsrichtung die gezackte Silhouette eines fertig gefalteten Zuschnitts angenommen hat. Im Unterschied zum gezeigten Faltwerkzeug wird nun zwischen den Abschnitt mit den gekrümmten Bereichen der gestrichelten Pfad-Linienzüge und dem Abschnitt mit gleichbleibendem Profil mit endgültiger Silhouette ein Kanal-Abschnitt eingefügt, in dem sich die Zacken unten entlang stetiger Pfad-Linienzüge fortsetzen und so allmählich bis zur geraden Unterkante der Silhouetten (60, 61) jeweils einer fertigen Lage verkürzen. Hierdurch sind am Ende die Losen Segmente zwar zeitversetzt, aber im gleichen Werkzeug mitgefaltet, um lückenlos horizontal am Rest der Lage anzuliegen.
Nach dem Falten und dem Besprühen mit Kleber kann jede der beiden zu verklebenden Lagen von einer reliefierten Form aus feinem Lochblech angesaugt werden, um so nach unvermeidbarer leichter Verflachung wegen noch elastisch federnder Falten dann zum Verkleben exakt wieder die richtige Form anzunehmen. Dabei greifen beide Formen so weit ineinander, dass alle zu verklebenden Kontaktflächen beider Lagen einander ohne starken Druck sich berühren, beabsichtigte Hohlräume von Zellen aber erhalten bleiben. Im Falle eines kontinuierlichen Prozesses mit schnell wirkendem Kleber oder sehr wenig steifen Falten ist jede Ansaug-Form als Trommel mit einem Reliefmantel aus feinem Lochblech ausgebildet.

Claims

Eine nicht zurück ausfaltbare, regelmäßige, dreidimensionale, flächig sich erstreckende Faltstruktur zur Verwendung im Leichtbau, in der mindestens einmal zwei gefaltete Lagen aus jeweils einem ursprünglich plan in einer Nullebene liegenden Zuschnitt aus einem ebenen flächigen Werkstoff untereinander verbunden sind, wobei jeder der später untereinander verbundenen, ursprünglich ebenen Zuschnitte Faltlinien (12) aufweist, und einer der Zuschnitte in regelmäßigen Abständen polygonale Löcher (14) hat und in polygonale, plane Teilstücke unterteilt ist, die – vom Zuschnitts-Rand abgesehen – geradlinig jeweils durch Faltlinien (12) oder Lochrand-Abschnitte (13) begrenzt sind, wobei in einer fertig gefalteten Lage die Teilflächen zum Teil parallel zur Nullebene liegen, zum übrigen Teil angewinkelt zu dieser liegen, dadurch gekennzeichnet, dass: es alle untereinander verbundenen, ursprünglich ebenen, periodisch gemusterten Zuschnitte (8) sind, die Löcher (14) haben, und diese Zuschnitte in ebenem Zustand – abgesehen vom besonders geformten Zuschnitts-Rand sowie von einem möglichen, geringfügigen Parallelversatz aller Linien, d. h. Faltlinien (12) und Lochrand-Abschnitte (13), zur Berücksichtigung der Werkstoffdicke – deckungsgleich sind, und dass jeder der vielfach durchlochten Zuschnitte (8) sich in mehr als nur einer Richtung der Nullebene zusammenfaltet, weil er vollständig und regelmäßig in so viele Teilflächen, im Folgenden „Segmente” genannt, unterteilt ist, dass maximal zwei Löcher (14) zum Rand eines jeden Segments gehören, und dass die aus der Unterteilung resultierenden Segmente (6, 7) so angeordnet sind, dass sie entlang ihrer gemeinsamen Faltlinien (12) Seite an Seite Polygone (4, 5) besetzen, die in sich überlagernden gedachten Ketten (10, 11) aufgereiht sind, welche ein gedachtes Netz bilden, in dessen von Polygonen frei gebliebenen, gedachten Maschen besagte herausgeschnittenen Löcher (14) angeordnet sind, und dass jedes polygonale Loch (14) jedes ebenen Zuschnitts (8) am Ende des den Zuschnitt sowohl in Längs- als auch In Querrichtung verkürzenden Faltvorgangs sich zu einem Fugengebilde (30) von zumindest zwei sich in zumindest einem Schlusspunkt (21) treffenden Fugenzügen (31, 31) geschlossen hat, wodurch sich nach dem Falten aus jedem Zuschnitt eine – abgesehen von besagten Fugenzügen – ununterbrochene, durchgängig lückenlos geschlossen flächige Faltstruktur-Lage (28) mit beidseitig reliefierter Oberfläche und mit einer Vielzahl von in mehreren Richtungen der Nullebene gereihten Kassetten gebildet hat, wobei die Segmente der anfänglich ebenen Zuschnitte im Faltzustand und in der fertig gefalteten Lage zum Teil als „H-Segmente” (6) horizontal parallel zur Nullebene liegen und zum übrigen Teil als „V-Segmente” (7) in einem Winkel zur Nullebene liegen, und dass jede Lage mit einer ihrer beiden reliefierten Oberflächen in einer gedachten, bei beiden gleich geformten Systemfläche aus lückenlos zusammenhängenden Polygonen (4, 5) liegt, wobei jedes horizontal liegende Polygon (4) als „H-Polygon” mit maximal zwei lückenlos aneinanderliegenden H-Segmenten (6), wie auch jedes zur Nullebene im Winkel liegende Polygon (5) als „V-Polygon” mit maximal zwei lückenlos aneinanderliegenden V-Segmenten (7) vollflächig besetzt ist, und dass die periodisch gemusterten Systemflächen von zwei Lagen, in denen ihre einander zugewandten Oberflächen liegen, durch flächige Berührung der Oberflächen zumindest teilweise in regelmäßiger Anordnung zusammenfallen, wobei die Lagen sich zur festen Verbindung nicht nur überall mit horizontalen Kontaktflächen von H-Segment zu H-Segment, sondern zumindest teilweise auch in schräg geneigten Kontaktflächen von V-Segment zu V-Segment berühren, um fest zu einer aus diesen beiden Lagen (28, 28) bestehenden, flächig geschlossenen Faltstruktur (34) verbunden zu sein, und dass zumindest einmal zwei Lagen so verbunden sind, dass wechselseitig jede geradlinige Fuge (32) als Abschnitt eines Fugenzugs (31) einer Lage auf ihrer ganzen Länge von zumindest einem Segment einer anderen Lage überbrückt ist.
Faltstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden jeweils mit einer ihrer beiden reliefierten Oberflächen in ihrer jeweiligen gleich geformten Systemfläche liegenden und einander zugewandten komplementären Lagen (28, 28) dieser Faltstruktur als einer „Doppellagigen Faltstruktur” (34) mit diesen Oberflächen überall in einer gemeinsamen Systemfläche liegen, wodurch sie restlos ineinanderpassen, sich zur festen Verbindung regelmäßig überall berühren und an jeder Oberfläche eines Segments als Kontaktfläche verbunden sind.
Faltstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese aus nur zwei Lagen besteht, die beide auch unter Berücksichtigung der Werkstoffdicke völlig deckungsgleich sind, und dass die beiden reliefierten äußeren Oberflächen dieser Faltstruktur (34) als „Wellstruktur” mit einem Relief aus wellenartig regelmäßig abwechselnd vor- und zurücktretenden Kassetten gleich aussehen, indem die entgegengesetzt aus der Nullebene heraus ausgerichteten, aber gleich geformten konvexen Polyflächen (2) einer Grundeinheit (1) des Musters der reliefierten Oberfläche jeder Lage (28) dieser Faltstruktur (34) in mindestens zwei Richtungen der Nullebene aufgereiht angeordnet sind, wobei jeweils zwei gedachte kleinere koplanare V-Polygone (3) benachbarter konvexer Polyflächen (2) der Systemfläche einer Lage (28) zu einem größeren V-Polygon (5) zusammengefasst sind, das mit einem größeren V-Segment (7) vollflächig besetzt ist, und zwar als ein Teil zweier Kassetten, wodurch auf glatter Unterlage jeder ursprünglich ebene Zuschnitt ein durchgängiger räumlicher Faltmechanismus mit auf glatter Unterlage nur einem Freiheitsgrad ist, und dass jedes Segment (6, 7) maximal zweimal von einem geraden Lochrand-Abschnitt (13) begrenzt wird.
Faltstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte gedachte Netz der ursprünglich ebenen Zuschnitte beider Lagen sich ausschließlich als ein Vierecksnetz mit vierwertigen gedachten Knotenpunkten (15) darstellt, wobei sich zwischen zwei solchen Knotenpunkten immer mindestens ein Paar von jeweils für sich zueinander parallelen Faltlinien (12, 12) befindet, und dass ihre beiden fertig gefalteten Lagen (28, 28) baugleich, also nicht zueinander spiegelbildlich sind, wodurch sie von beiden Seiten, d. h. von oben und unten, einschließlich Fugenbild auch unter Berücksichtigung der Werkstoffdicke gleich aussehen, und dass überall jeweils der einzige Schlusspunkt (21) als Mittelpunkt eines drehsymmetrischen Fugengebildes (30) genau in einem Eckpunkt (33) zwischen mehreren V-Polygonen (5) liegt, und dass entlang genau jeder Faltlinie (12) der einen Lage eine geradlinige Fuge (32) eines Fugenzugs (31) der anderen Lage durch genau zwei an dieser Faltlinie in Verbindung stehende Segmente überbrückt ist, wobei diese Faltlinie entweder zwischen einem H-Segment (6) und einem V-Segment (7) oder zwischen zwei V-Segmenten (7, 7) liegt.
Faltstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten facettierten Oberflächen zweier verbundener Lagen (28, 28) zwar in Richtungen in der Nullebene unverrückbar ineinanderpassen, jedoch in regelmäßiger Anordnung zwischen sich noch allseitig flächig umschlossene Lücken als Hohlräume übriggelassen haben, so dass sich aus mehreren Segmenten beider Lagen geschlossene Zellen (65) als integrale Bestandteile eines periodisch räumlichen Faltwerks, „Zellstruktur” genannt, gebildet haben, und dass vielfach regelmäßig mehrere mit jeweils einer Kassette besetzte konvexe Polyflächen (2) der Grundeinheit (1) der periodisch gemusterten Systemfläche jeder Lage mit einem Teil ihrer Ränder ein Zusätzliches H-Polygon (4) umschließen, das mit zumindest einem H-Segment (6) besetzt ist, und dass die Kontaktfläche (64) der Berührung korrespondierender V-Segmente verschiedener Lagen entweder sich über die gesamte Oberfläche eines V-Segments aus nur einer Teilmenge aller V-Segmente erstreckt, oder aber sich über nur einen Teilbereich der ganzen Oberfläche jedes V-Segments erstreckt.
Faltstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese Faltstruktur als „Zweilagige Zellstruktur” (75) aus lediglich zwei ursprünglich ebenen Zuschnitten (8, 8) hergestellt ist, wobei die wechselseitige Überbrückung der Fugen (32) durch V-Segmente (7) innerhalb ein und desselben V-Polygons (5) als Kontaktfläche (64) zwischen zwei sich flächig berührenden, jeweils eine konvexe Polyfläche (2) besetzenden Kassetten verschiedener Lagen erfolgt.
Faltstruktur nach den Ansprüchen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese als „Vierlagige Zellstruktur” (63) aus zwei zunächst einzeln als Faltstruktur-Komponenten hergestellten Doppellagigen Faltstrukturen (34, 34) zusammengesetzt ist, deren beide Lagen (28, 28) jeweils vollflächig miteinander verbunden sind, weshalb sie aus vier Lagen (28) besteht, wobei die beiden zur Verbindung der beiden Faltstruktur-Komponenten einander zugewandten und berührend fest verbundenen inneren Lagen (28, 28), die zu unterschiedlichen Faltstruktur-Komponenten gehören, zwischen diesen beiden Faltstruktur-Komponenten Hohlräume einschließende Zellen (65) gebildet haben.
Faltstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ihre beiden Faltstruktur-Komponenten (34, 34) einschließlich der Anordnung von Fugengebilden in ihren Lagen baugleich, also nicht zueinander spiegelbildlich sind – auch unter Berücksichtigung der Werkstoffdicke.
Bauelement-Verbindung zweier Stücke einer Faltstruktur nach Anspruch 1 als Relief-Bauelemente (55) untereinander mittels einer Verbindungs-Lasche (57), die ganz aus einem ebenen länglichen Zuschnitt besteht, der regelmäßig hin und her gefaltet worden ist, wobei dieser ursprünglich ebene längliche Zuschnitt in aneinandergereihte V-Segmente (7) unterteilt ist, die an Faltlinien (12) aneinandergrenzen, und die das gleiche Format wie die V-Segmente (7) der Relief-Bauelemente (55) haben.
Sandwichplatte mit einer Faltstruktur nach Anspruch 1 als Kernschicht, und mit einer planen Deckschicht zumindest auf einer der beiden Seiten, wobei zumindest alle in der Ebene der nach innen gewandten Oberfläche der Deckschicht befindlichen Oberflächen der H-Segmente einer Seite der Faltstruktur fest mit der Deckschicht verbunden sind.
Sandwichplatte nach Anspruch 10, mit einer Faltstruktur als Kernschicht, die regelmäßig Zellen (65) enthält, und mit planen Deckschichten auf beiden Seiten der Faltstruktur, wobei die Deckschichten sämtliche Vertiefungen in der Oberfläche der Kernschicht verschließen und zu ebenfalls geschlossenen Zellen werden lassen, die, zusammen mit den Zellen (65) innerhalb der Faltstruktur, eine lückenlos flächige Anordnung von Hohlräumen bilden, so dass sich in keiner Richtung der Nullebene irgendein Hohlraum durchgängig durch den Sandwichplatten-Kern hindurch erstreckt, wodurch dieser Kern überall geschlossenzellig ist.
Eckpaneel aus zumindest zwei nach Anspruch 9 verbundenen Faltstruktur-Stücken, die erst nach der Verbindung zumindest einseitig mit jeweils einer Deckschicht versehen wurden, wobei zumindest einmal zwei Deckschichten sich an der Verschneidungslinie ihrer Ebenen lückenlos berühren.
Faltverfahren zur Herstellung einer Lage einer Faltstruktur gemäß Anspruch 1, wobei der ebene Zuschnitt (8) dank eines Faltwerkzeugs (83) in der Form eines zu passierenden länglichen Hohlraums mit einem im Laufe des Wegs sich stetig veränderndem Lichtraumprofil mit der Form der sich ändernden Silhouette (26) des Zuschnitts im Faltzustand als eines räumlichen Faltgebildes (24) in den beabsichtigten Endzustand des Faltvorgangs als eine reliefierte, geschlossene Faltstruktur-Lage (28) gebracht wird, wobei die unmittelbare Faltung des Zuschnitts in Querrichtung dank seiner Mechanismus-Eigenschaft als räumliches Faltgebilde (24) eine Faltung auch in seiner Längsrichtung bewirkt.
Faltwerkzeug als räumliche Schablone (83) zur Herstellung gemäß Anspruch 13 einer Lage einer Faltstruktur gemäß Anspruch 1, in der Form eines von einem Zuschnitt (8) als ein sich stetig veränderndes Faltgebilde (24) zu passierender Kanals mit einem an dessen Eingang ganz flachen und ganz breiten Lichtraumprofil und mit einem Lichtraumprofil an dessen Ausgang in der Form der Silhouette (60) einer Ansicht der fertig gefalteten Lage aus der Sicht in Richtung der Bewegung des Zuschnitts, wobei die kontinuierlichen Pfad-Linienzüge der Schar der sich herausbildenden Außen- und Innenecken dieses Profils jeweils als gerade Linie beginnen und enden, sowie dank einer tangential beide geraden Linien verbindenden S-Kurve stetig, d. h. ohne Sprünge, Knicke und plötzliche Krümmungs-Änderungen verlaufen, wodurch die Biegung innerhalb der Segmente des sich faltenden Zuschnitts beim Passieren des Faltwerkzeugs minimal ist.
Faltstruktur mit allen kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1, jedoch mit Ausnahme der Art der Herstellung des ebenen Zuschnitts, wobei dieser – anstatt ein ursprünglich Ganzes zu sein, das bei der Herstellung in Segmente (6, 7) unterteilt wurde – eine überall tatsächlich aus einzeln zugeschnittenen Segmenten (6, 7) zusammengesetzte ebene Matte ist, deren Segmente an den Faltlinien (12) durch Gelenke oder Scharniere miteinander beweglich verbunden wurden.