DE102015010436A1

DE102015010436A1 - Wabenkern für dimensionsstabile Sandwichbauteile

Info

Publication number: DE102015010436A1
Application number: DE102015010436.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Stute
Original assignee: Airbus DS GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2015-08-14
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2035-08-15
Also published as: US20170043549A1; US10836133B2; DE102015010436B4; EP3130456B1; EP3130456A2; EP3130456A3

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Wabenkern (1) für dimensionsstabile Bauteile (z. B. einen Reflektor) in Sandwichbauweise mit einer Vielzahl an Zellen (2) mit dreieckigem Zellquerschnitt aus kohlefaserverstärktem Kunststoff. Der erfindungsgemäße Wabenkern (1) zeichnet sich dadurch aus, dass er aus ebenen Laminatstreifen (10, 20, 30) durch Stecken zusammengesetzt ist, wobei die Laminatstreifen (10, 20, 30) jeweils an ihrer Längsseite quer zur Erstreckungsrichtung verlaufende Schlitze (13, 14, 23, 34) aufweisen. Die Laminatstreifen (10, 20, 30) sind derart miteinander verbunden, dass die Schlitze (13, 14, 23, 34) dreier Laminatstreifen (10, 20, 30) an einem jeweiligen Kreuzungspunkt (6) formschlüssig ineinander greifen zur Ausbildung der Ecken der Zellen (2) des Wabenkerns (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Wabenkern für dimensionsstabile Bauteile in Sandwichbauweise mit einer Vielzahl an Zellen mit dreieckigem Zellquerschnitt aus kohlefaserverstärktem Kunststoff.
Ein solcher Wabenkern wird beispielsweise für Basisplatten optischer Instrumente, optische Bänke, sowie optische Spiegel in Sandwichbauweise benötigt, wie in EP 0 649 036 A1 beschrieben. Solche optische Spiegel werden z. B. benötigt für astronomische Teleskope, zur Übertragung von Laserstrahlen oder zur Konzentration der Sonnenstrahlung. Grundsätzliche Anforderungen für diese Anwendungen sind extreme Formbeständigkeit unter allen auftretenden Umweltbedingungen und geringes Gewicht.
Herkömmliche Leichtbau-Kernwerkstoffe für eine Sandwichbauweise, wie z. B. Schäume, Wabenkerne aus Aluminium, Wabenkerne aus Aramidfaser oder Nomex-Waben, weisen einen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf, der für Anwendungen, die Dimensionsstabilität erfordern, zu hoch ist. In vielen Fällen führt dies zu einer nicht tolerierbaren Verformung bei einer Temperaturänderung. Wabenkerne aus derartigen Werkstoffen weisen aufgrund der ausgeprägten L- und W-Richtungen richtungsabhängige, anisotrope mechanische Eigenschaften auf, die ebenfalls zu einem nicht gewünschten richtungsabhängigen Bauteilverhalten führen.
Die Problematik des Temperaturausdehnungskoeffizienten kann durch Wabenkerne aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) gelöst werden. Allerdings sind kommerziell verfügbare Waben aus kohlefaserverstärktem Kunststoff im Hinblick auf mögliche Anwendungen eingeschränkt und sehr teuer.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Wabenkern für dimensionsstabile Bauteile in Sandwichbauweise anzugeben, welcher kostengünstig herstellbar ist und im Hinblick auf mögliche Anwendungen eine hohe Flexibilität ermöglicht. Der Wabenkern soll eine hohe Dimensionsstabilität sowie einen einstellbaren Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Reflektor in Sandwichbauweise, insbesondere für einen optischen Spiegel in Leichtbauweise, sowie eine Sandwichplatte in Leichtbauweise anzugeben, der bzw. die eine hohe Dimensionsstabilität bei geringem Gewicht aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung eines Wabenkerns für dimensionsstabile Bauteile in Sandwichbauweise bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Wabenkern gemäß den Merkmalen des Anspruches 1, einen Reflektor gemäß den Merkmalen des Anspruches 14, einer Sandwichplatte gemäß den Merkmalen des Anspruches 15 und ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Wabenkern mit einer Vielzahl an Zellen mit dreieckigem Zellquerschnitt aus kohlefaserverstärktem Kunststoff vorgeschlagen, wobei der Wabenkern aus ebenen Laminatstreifen durch Stecken zusammengesetzt ist. Die Laminatstreifen weisen jeweils an ihrer Längsseite quer zur Erstreckungsrichtung verlaufende Schlitze auf, wobei die Laminatstreifen derart miteinander verbunden sind, dass die Schlitze dreier Laminatstreifen an einem jeweiligen Kreuzungspunkt formschlüssig ineinandergreifen zur Ausbildung der Ecken der Zellen des Wabenkerns.
Erfindungsgemäß wird ein Wabenkern mit quasi-isotropen dreieckigen Zellen in billiger Steckbauweise bereitgestellt, welcher ohne aufwändige Vorrichtungen kostengünstig gefertigt werden kann. Bei einem solchen Wabenkern kann der Temperaturausdehnungskoeffizient auf 0 oder einen anderen gewünschten Wert eingestellt werden. Ebenso ist es ohne großen Aufwand möglich, die Größe der Zellen des Wabenkerns festzulegen.
Der Wabenkern ist zusammengesetzt aus einer Anzahl an Laminatstreifen eines ersten Typs, einer Anzahl an Laminatstreifen eines zweiten Typs und einer Anzahl an Laminatstreifen eines dritten Typs. Die Laminatstreifen des ersten Typs umfassen in regelmäßigen Abständen verteilte erste und zweite Schlitze, wobei sich die ersten Schlitze, ausgehend von einer ersten Längsseite des jeweiligen Laminatstreifens, zu einem Drittel quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken. Die zweiten Schlitze erstrecken sich, ausgehend von einer zweiten Längsseite, zu einem Drittel quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Laminatstreifens. Die ersten und die zweiten Schlitze verlaufen in einer Linie. Die Linie verläuft damit quer zur Erstreckungsrichtung des jeweiligen Laminatstreifens bzw. in einem 90°-Winkel zur Erstreckungsrichtung.
Die Laminatstreifen des zweiten Typs umfassen in regelmäßigen Abständen verteilte Schlitze, wobei sich die Schlitze, ausgehend von einer ersten Längsseite des jeweiligen Laminatstreifens zweiten Typs, zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken. Auch hier bedeutet quer zur Erstreckungsrichtung einen Verlauf in einem 90°-Winkel zur Erstreckungsrichtung des betreffenden Laminatstreifens des zweiten Typs.
Die Laminatstreifen eines dritten Typs umfassen in regelmäßigen Abständen verteilte Schlitze, wobei sich die Schlitze ausgehend von einer zweiten Längsseite, zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken. Auch hier bedeutet quer zur Erstreckungsrichtung einen Verlauf in einem 90°-Winkel zur Erstreckungsrichtung des betreffenden Laminatstreifens des dritten Typs.
In dieser Beschreibung sind erste Längsseiten der Laminatstreifen der verschiedenen Typen diejenigen Längsseiten, die z. B. die Vorderseite des Wabenkerns bilden. Entsprechend sind die zweiten Längsseiten der Laminatstreifen beliebigen Typs diejenigen Längsseiten, die dann die Rückseite des Wabenkerns bilden.
Durch das Zusammenstecken der Laminatstreifen der drei unterschiedlichen Typen lässt sich ein in sich stabiler Wabenkern bereitstellen. Dieser Wabenkern weist aufgrund der jeweiligen Eigenschaften der jeweiligen Laminatstreifen dann die gewünschte Dimensionsstabilität sowie den eingestellten Temperaturausdehnungskoeffizienten auf.
Über die Laminatstreifen hinaus sind keine weiteren Elemente zur Bereitstellung einer stabilen Struktur erforderlich. Alleine durch die formschlüssige Verbindung der unterschiedlichen Laminatstreifen im Bereich ihrer Kreuzungspunkte ergibt sich die erforderliche Dimensionsstabilität.
Es ist zweckmäßig, wenn die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze eines Laminatstreifens eines ersten Typs, die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze eines Laminatstreifens des zweiten Typs und die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze eines Laminatstreifens des dritten Typs derart bemessen sind, dass diese der Länge der Seitenkanten des dreieckigen Zellquerschnitts entsprechen. Die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze eines Laminatstreifens eines bestimmten Typs können den Abständen der in Querrichtung verlaufenden Schlitze eines oder der beiden anderen Laminatstreifen der anderen Typen entsprechen. Die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze können somit bei den Laminatstreifen des ersten, des zweiten und des dritten Typs gleich bemessen sein. Dadurch ergibt sich ein Wabenkern, der Zellen aus gleichseitigen Dreiecken umfasst.
Der Wabenkern zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass die Laminatstreifen eines gleichen Typs in dem Wabenkern parallel zueinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine regelmäßige Struktur der Zellen des Wabenkerns, wodurch eine hohe Dimensionsstabilität sowie isotrope Eigenschaften des Wabenkerns erzielbar sind.
Wenn die Zellen aus gleichseitigen Dreiecken bestehen und die Laminatstreifen für sich genommen quasi-isotrop ausgebildet sind, weisen die Zellen quasi-isotrope Eigenschaften auf. Dadurch weist der Wabenkern im Ergebnis isotrope Eigenschaften auf. Darüber hinaus ergibt sich bei gleichseitigen Dreiecken eine hohe Dimensionsstabilität.
Es ist zweckmäßig, wenn die Laminatstreifen aus ausgehärtetem kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Zur Bereitstellung quasi-isotroper dreieckiger Zellen sowie eines Wabenkerns mit isotropen Eigenschaften ist es zweckmäßig, wenn die Laminatstreifen aller Typen eine gleiche Dicke aufweisen. Durch die Dicke der Laminatstreifen wird einerseits das Gewicht des Wabenkerns und andererseits dessen Stabilität eingestellt. Andererseits lässt sich die Isotropie des Wabenkerns auf einfache Weise bereitstellen. Geeignete Maße können je nach Anwendung unterschiedlich gewählt werden. Die Maße können durch Berechnung oder Versuchte in geeigneter Weise bestimmt werden.
Es kann weiterhin zweckmäßig sein, dass die ineinander greifenden Schlitze dreier Laminatstreifen (der drei unterschiedlichen Typen) an einem Kreuzungspunkt mit einem Kleber oder einem Kunstharz fixiert sind. Dazu kann der Kleber oder das Kunstharz vor dem Zusammenstecken der Laminatstreifen der unterschiedlichen Typen in die Schlitze eines der Laminatstreifen und/oder mehrerer Laminatstreifen eingebracht sein.
Der Wabenkern zeichnet sich gemäß einer weiteren Ausgestaltung dadurch aus, dass die Seitenkanten der Laminatstreifen zumindest einer Hauptseite des Wabenkerns nach erfolgtem Zusammenstecken in einer Ebene liegen. Dadurch kann ein Wabenkern mit zwei parallelen Hauptseiten bereitgestellt werden. Alternativ kann ein Wabenkern bereitgestellt werden, bei dem die Seitenkanten der Laminatstreifen einer Hauptseite in einer Ebene liegen, während die Seitenkanten der anderen Hauptseite beispielsweise die Form einer gewölbten Oberfläche aufweisen.
In zumindest manchen der Zellen des Wabenkerns kann ein, insbesondere hohler, Einsatz angeordnet sein, in welchen eine Last einleitbar ist. Solche Einsätze können beispielsweise in benachbarten Zeilen des Wabenkerns angeordnet sein. Ein jeweiliger Einsatz kann in allen Zellen des Wabenkerns angeordnet sein. Ein jeweiliger Einsatz kann lediglich in manchen Zellen angeordnet sein, so dass z. B. eine Zelle mit einem Einsatz von Zellen ohne Einsatz umgeben ist. Welche Zellen mit einem Einsatz versehen werden, hängt im Wesentlichen von der jeweiligen Anwendung und den dabei auftretenden, zu verarbeitenden Lasten ab.
Der Einsatz weist zweckmäßigerweise einen an die Zelle angepassten dreieckigen Querschnitt auf, wobei eine jeweilige Einsatzwand an eine zugeordnete Zellwand angrenzt. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Einsatz spielfrei in einer jeweiligen Zelle angeordnet ist und zu keinem Zeitpunkt eine unerwünschte Relativbewegung zu der Zelle ausführen kann. Darüber hinaus kann eine optimierte Kraftverteilung zwischen dem Einsatz und den Zellwänden ermöglicht werden.
Als Einsatz sind eines oder mehrere der folgenden Elemente verwendbar: ein ausgehärtetes CFK-Formstück; ein nass eingeformter, laminierter Composite-Einsatz; ein metallisches Formstück, ein Formstück aus Hartschaum; ein Formstück aus Kunststoff.
Die Erfindung schafft ferner eine Sandwichplatte in Leichtbauweise, insbesondere für dimensionsstabile Anwendungen. Eine solche Sandwichplatte umfasst einen wie in dieser Beschreibung ausgebildeten Wabenkern. Bei einer solchen Sandwichplatte kann der Wabenkern mit einer vorderen und hinteren Deckschicht verbunden sein. Eine solche Sandwichplatte kann auch als optische Bank ausgebildet sein, bei der auf einer Deckschicht ein oder mehrere optische Elemente angeordnet sind.
Die Erfindung schafft ferner einen Reflektor in Sandwichbauweise, insbesondere für einen optischen Spiegel in Leichtbauweise. Ein solcher Reflektor umfasst einen wie in dieser Beschreibung ausgebildeten Wabenkern. Bei einem solchen Reflektor kann der Wabenkern mit einer vorderen und hinteren Deckschicht verbunden sein, wobei eine der beiden Deckschichten mit einer Spiegelträgerschicht versehen sein kann. Eine solche Spiegelträgerschicht kann optisch poliert und/oder mit einer Reflexionsschicht beschichtet sein. Die Ausgestaltung eines solchen Reflektors kann prinzipiell in jedweder, dem Fachmann bekannten Weise erfolgen.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines wie oben und nachfolgend beschriebenen Wabenkerns. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen des ersten Typs, Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen des zweiten Typs und Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen des dritten Typs;
b) Anordnen der Anzahl an Laminatstreifen des zweiten Typs auf einer ebenen Unterlage, so dass deren Schlitze von der Unterlage weg weisen;
c) Einstecken der Anzahl an Laminatstreifen des ersten Typs von oben in die Laminatstreifen des zweiten Typs, so dass die Schlitze der Laminatstreifen des ersten Typs, die den Laminatstreifen des zweiten Typs zugewandt sind, in die Schlitze der Laminatstreifen des zweiten Typs eingreifen;
d) Einstecken der Anzahl an Laminatstreifen des dritten Typs von oben in die Anzahl an Laminatstreifen des ersten Typs, so dass die Schlitze der Laminatstreifen des dritten Typs in die Schlitze der Laminatstreifen des ersten Typs, welche den Laminatstreifen des dritten Typs zugewandt sind, eingreifen.

Entsprechend der Abstände der Schlitze der Laminatstreifen der jeweiligen Typen sowie der Wandstärke der jeweiligen Laminatstreifen kann der Wabenkern flexibel an konstruktive Erfordernisse einer Zielanwendung angepasst werden.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, die Anzahl an Laminatstreifen des dritten Typs parallel auf der Unterlage anzuordnen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Anzahl an Laminatstreifen des dritten Typs in einer Richtung senkrecht zu deren jeweiliger Erstreckungsrichtung mit gleichem Abstand auf der Unterlage angeordnet.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Anzahl an Laminatstreifen des zweiten Typs derart ausgerichtet wird, dass zugeordnete Schlitze benachbarter Laminatstreifen des zweiten Typs eine Linie bilden. Entlang dieser Linie wird dann ein Laminatstreifen des ersten Typs mit der parallel angeordneten Anzahl der Laminatstreifen des zweiten Typs durch Einstecken formschlüssig verbunden.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wabenkern;
2 eine vergrößerte Darstellung einer in dem Wabenkern aus 1 gebildeten dreieckigen Zelle;
3 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wabenkerns;
4 einen Abschnitt eines Laminatstreifens ersten Typs in einer Seitenansicht;
5 einen Abschnitt eines Laminatstreifens zweiten Typs in einer Seitenansicht;
6 einen Abschnitt eines Laminatstreifens dritten Typs in einer Seitenansicht;
7 einen Abschnitt eines Laminatstreifens des zweiten Typs, wobei beispielhaft in zwei Abschnitten zwischen benachbarten Schlitzen Aussparungen gezeigt sind;
8 einen vergrößerten Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Wabenkerns in Draufsicht, wobei in manchen Zellen des Wabenkerns Einsätze zur Krafteinleitung angeordnet sind; und
9 eine perspektivische Darstellung eines Einsatzes zur Krafteinleitung.
1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Wabenkern 1. Der in der Draufsicht runde Wabenkern 1 besteht aus einer Vielzahl an Zellen 2 mit dreieckigem Zellquerschnitt. Wie ohne weiteres zu erkennen ist, sind die Zellen aus gleichseitigen Dreiecken gebildet, so dass deren Zellwände einen Winkel von 60° zueinander einnehmen.
Über den Außenumfang verteilt weist der Wabenkern 1 drei, um jeweils 120° zueinander versetzte, Rücksprünge 8 auf, in denen keine Zellen vorgesehen sind. Die Rücksprünge 8 dienen zur Aufnahme von nicht dargestellten Halteelementen, um den Wabenkern 1 über eine oder mehrere Halterungen befestigen zu können. Da weder die Rücksprünge 8 noch die Halterungen für die vorliegende Erfindung von Bedeutung sind, wird auf eine weitere, eingehende Beschreibung verzichtet.
Aus der vergrößerten Darstellung der 2 geht der dreieckige Zellquerschnitt der Zellen 2 hervor. Die in der Mitte dargestellte Zelle 2 weist drei Ecken 3, 4, 5 auf, welche in der nachfolgenden Beschreibung auch als Kreuzungspunkte 6 der jeweiligen Zellwände bezeichnet werden. Wie beschrieben, nehmen die Zellwände 7 dieser Zellen 2 einen Winkel von 60° zueinander ein.
Die Dicke der Zellwände 7 ist vorzugsweise gleich bemessen. Dadurch lassen sich quasi-isotrope Eigenschaften einer Zelle 2 und damit des Wabenkerns 1 im Gesamten bereitstellen. Die Wandstärke der Zellwände 7 beträgt beispielsweise zwischen 0,4 und 0,8 mm. Grundsätzlich kann die Wandstärke entsprechend den Erfordernissen einer Zielanwendung auch anders gewählt werden. Ebenso wird die Länge der Zellwände 7 entsprechend der Zielanwendung gewählt. Je länger die Wände gewählt werden, desto weniger Zellen weist ein Wabenkern bei gegebenem Durchmesser auf. Dadurch kann er leicht gebaut werden. Soll eine größere Stabilität erzielt werden, wird die Wandlänge der Zellwände 7 entsprechend kleiner gewählt. Ein genaues Maß kann der Fachmann durch Berechnung und/oder Versuche bei gegebener Zielanwendung ermitteln.
Der wie in 1 dargestellte Wabenkern 1 wird aus einer Vielzahl an geschlitzten, ausgehärteten, ebenen und quasi-isotropen CFK-Laminatstreifen zusammengesteckt. Durch das Zusammenstecken ergeben sich dann die Zellen in Gestalt der gleichseitigen Dreiecke, wie in 2 gezeigt.
Damit sich ein quasi-isotroper Wabenkern 1 mit den dreieckförmigen Zellen 2 ergeben kann, werden drei unterschiedliche Typen von Laminatstreifen vorgesehen, welche jeweils abschnittsweise in den 4 bis 6 dargestellt sind.
4 zeigt einen Abschnitt eines Laminatstreifens 10 eines ersten Typs, der sich in Pfeilrichtung 9 in Zeichenebene von links nach rechts erstreckt. Eine erste Längsseite des Laminatstreifens 10 ist mit 11, eine zweite Längsseite mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Die erste und die zweite Längsseite verlaufen z. B. parallel zueinander. Der Laminatstreifen 10 weist in regelmäßigen Abständen verteilte erste Schlitze 13 und zweite Schlitze 14 auf. Die ersten Schlitze 13 erstrecken sich, ausgehend von der ersten Längsseite 11 zu einem Drittel quer (d. h. im 90°-Winkel) zur Erstreckungsrichtung 9. In entsprechender Weise erstrecken sich die zweiten Schlitze 14, ausgehend von der zweiten Längsseite 12, zu ebenfalls einem Drittel quer zur Erstreckungsrichtung 9. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, verlaufen die ersten und die zweiten Schlitze in einer geraden Linie quer zur Erstreckungsrichtung. Der zwischen einem Schlitz 13 und einem Schlitz 14 (die in einer geraden Linie liegen) verbleibende Steg 15 weist dementsprechend ebenfalls eine Breite von einem Drittel der Gesamtbreite 18 zwischen der ersten und der zweiten Längsseite 11, 12 auf. Der zwischen zwei benachbarten Schlitzen 13 bzw. 14 gebildete Abstand 16 entspricht der Breite der Zellwand 7, wie diese in 2 gezeigt ist.
5 zeigt einen Laminatstreifen 20 eines zweiten Typs, wobei lediglich ein Abschnitt des sich in Pfeilrichtung 9 erstreckenden Laminatstreifens 20 dargestellt ist. Der Laminatstreifen 20 umfasst in regelmäßigen Abständen verteilte Schlitze 23, die sich, ausgehend von einer ersten Längsseite 21 zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung 9 erstrecken. Ein verbleibender Steg 25 zwischen dem Ende des Schlitzes 23 und der zweiten Längsseite 22 nimmt damit ein Drittel der Breite 28 des Laminatstreifens 20 ein. Mit dem Bezugszeichen 26 ist ein sich in Erstreckungsrichtung 9 erstreckender Abstand 26 zwischen zwei benachbarten Schlitzen 23 gekennzeichnet. Der Abstand 26 entspricht bei Zellen 2, die die Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen, den Abständen 16 und 17 des ersten Laminatstreifens 10.
6 zeigt einen Ausschnitt eines Laminatstreifens 30 eines dritten Typs, der sich mit seiner langen Seite wiederum in Richtung der Erstreckungsrichtung 9 erstreckt. Der Laminatstreifen 30 weist eine erste Längsseite 31 und eine zweite Längsseite 32 auf. In regelmäßigen Abständen verteilt, umfasst der Laminatstreifen 30 Schlitze 34. Die Schlitze 34 erstrecken sich, ausgehend von der zweiten Längsseite 32, zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung. Dies bedeutet wiederum, dass der zwischen dem Ende des Schlitzes 34 und der ersten Längsseite 31 verbleibende Steg 35 (der eine Verlängerung des Schlitzes 34 bildet) ein Drittel der Breite 38 des Laminatstreifens 20 aufweist. Zwei benachbarte Schlitze 34 weisen einen Abstand 36 zueinander auf. Der Abstand 36 entspricht bei einer Zelle, die im Querschnitt die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweist, den Abständen 16, 17 des Laminatstreifens 10 und dem Abstand 26 des Laminatstreifens 20.
Vorzugsweise sind die Breiten 18, 28, 38 der Laminatstreifen 10, 20, 30 gleich. Ebenso bevorzugt ist es, wenn die Materialstärke (d. h. die sich in einer Richtung senkrecht zur Blattebene ergebende Stärke der Laminatstreifen 10, 20, 30) gleich dick ist.
Der in 1 gezeigte Wabenkern wird durch Zusammenstecken der Laminatstreifen 10, 20, 30 erzeugt. Die Erzeugung des Wabenkerns 1 erfolgt dabei derart, dass zunächst die Laminatstreifen 20 des zweiten Typs auf einer ebenen Unterlage angeordnet werden, so dass deren Schlitze 23 von der Unterlage weg weisen. Dabei wird die Anzahl an Laminatstreifen 20 des zweiten Typs parallel auf der Unterlage angeordnet. Ebenso erfolgt die Anordnung der Laminatstreifen 20 derart, dass diese in einer Richtung senkrecht zu deren jeweiliger Erstreckungsrichtung mit gleichem Abstand auf der Unterlage angeordnet werden (Äquidistanz). Dabei werden die Laminatstreifen 20 derart ausgerichtet, dass deren jeweilige Schlitze 23 benachbarter Laminatstreifen 20 eine Linie bilden.
Anschließend werden die Laminatstreifen 10 des ersten Typs von oben in die Laminatstreifen 20 gesteckt, so dass die Schlitze 14 der Laminatstreifen 10 des ersten Typs, die den Laminatstreifen 20 zugewandt sind, in deren Schlitze 23 eingreifen. Anschließend werden die Laminatstreifen 30 des dritten Typs von oben in die Laminatstreifen 10 eingesteckt, so dass die Schlitze 34 der Laminatstreifen 30 in die Schlitze 13, welche den Laminatstreifen des zweiten Typs zugewandt sind, eingreifen.
Zum Zusammenstecken des Wabenkerns 1 in der oben beschriebenen Weise ist keine Vorrichtung erforderlich.
Zum Fixieren der gesteckten Laminatstreifen 10, 20, 30 können die Schlitze 13, 14, 23, 34 der Laminatstreifen 10, 20, 30 eines oder mehrerer Typen mit Kleber oder Kunstharz versehen werden. Dies kann vor dem Zusammenstecken erfolgen. Das Aufbringen des Klebers oder Kunstharzes kann auch nach dem Zusammenstecken erfolgen.
Die Breite 18, 28, 38, die Länge (in Erstreckungsrichtung 9) und die Anzahl der Laminatstreifen 10, 20, 30 bestimmen die Höhe, Länge und Breite des Wabenkerns 1. Exemplarisch ist dieser in einer perspektivischen Darstellung in 3 dargestellt, wobei die Richtungen der Laminatstreifen 10, 20, 30 durch ein außerhalb des Wabenkerns 1 dargestelltes Pfeilsystem illustriert sind. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, erstrecken sich die Laminatstreifen 10 vom ersten Typ von links unten nach rechts oben. Die Laminatstreifen 20 des zweiten Typs erstrecken sich von links oben nach rechts unten. Die Laminatstreifen 30 des dritten Typs erstrecken sich im Wesentlichen von links nach rechts. Es ist unnötig anzumerken, dass die hier beschriebenen Erstreckungsrichtungen sich lediglich auf die in 3 gezeigte Darstellung beziehen.
Die Laminatstreifen 10 und/oder 20 und/oder 30 können ungestörte Zellwände aufweisen, d. h. Zellwände, bei denen die zwischen zwei Schlitzen befindlichen Abschnitte 40 mit keinerlei Aussparung versehen sind. Die Abschnitte 40 können auch mit Aussparungen 41 versehen sein, wobei die Aussparungen als Ventilationsöffnung 43 oder Erleichterungsloch 42 ausgebildet sein können. Letztere dienen dazu – ohne die Stabilität im Wesentlichen zu beeinflussen – das Gewicht des Wabenkerns 1 zu reduzieren. Dies ist beispielsweise exemplarisch in 7 gezeigt, welche einen Abschnitt des Laminatstreifens 20 zeigt. Die Aussparungen 42 können auch in der perspektivischen Darstellung der 3 ersehen werden, wobei hier die Aussparungen in allen Typen von Laminatstreifen 10, 20, 30 in einer Vielzahl von Zellen vorgesehen ist.
Der Wabenkern 1 kann zur lokalen Verstärkung der Zellen 2 mit Verstärkungseinsätzen (kurz: Einsätzen) 50 versehen werden, wenn dies aus Gründen der Lasteinleitung notwendig sein sollte. Solche Zellen, welche mit Verstärkungseinsätzen 50 versehen werden, können beispielsweise im Bereich der Aussparungen 8 des Wabenkerns 1 vorgesehen sein. 8 zeigt in einer Draufsicht einen Ausschnitt auf den Wabenkern 1, wobei mehrere benachbart angeordnete Zellen 2 mit Verstärkungseinsätzen 50 versehen sind. Dabei weisen die Verstärkungseinsätze 50 einen an die jeweilige Zelle 2 angepassten dreieckigen Querschnitt auf, wobei eine jeweilige Einsatzwand 51 eines Verstärkungseinsatzes an eine zugeordnete Zellwand 7 der Zelle 2 angrenzt.
Als Verstärkungseinsatz können beispielsweise ein ausgehärtetes CFK-Formstück, ein nass eingeformter, laminierter Composite-Einsatz, ein metallisches Formstück, ein Formstück aus Hartschaum oder ein Formstück aus Kunststoff verwendet werden. Ein solcher Verstärkungseinsatz 50 ist in perspektivischer Darstellung in 9 gezeigt. Lediglich beispielhaft sind die jeweiligen Einsatzwände 51 mit einer Aussparung 52 versehen.
Der so hergestellte Wabenkern 1 kann aus jeder beliebigen Kohlenstofffaser mit jedem beliebigen Harzsystem kostengünstig gefertigt werden.
Durch eine frei wählbare Zellweite (d. h. dem Abstand zwischen zwei Schlitzen eines Laminatstreifens) und dessen Wandstärke kann der Wabenkern flexibel an die konstruktiven Erfordernisse einer Zielanwendung angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Wabenkern
2: Zelle
3: erste Ecke der Zelle 2
4: zweite Ecke der Zelle 2
5: dritte Ecke der Zelle 2
6: Kreuzungspunkt
7: Zellwand
8: Rücksprung
9: Erstreckungsrichtung
10: Laminatstreifen des ersten Typs
11: erste Längsseite
12: zweite Längsseite
13: erster Schlitz
14: zweiter Schlitz
15: verbleibender Steg zwischen in einer Linie liegendem ersten und zweiten Schlitz 13, 14
16: Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Schlitzen 13
18: Breite des Laminatstreifes 10
17: Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Schlitzen 14
20: Laminatstreifen des zweiten Typs
21: erste Längsseite
22: zweite Längsseite
23: Schlitz
25: verbleibender Steg zwischen Schlitz 23 und zweiter Längsseite 22
26: Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen 23
28: Breite des Laminatstreifes 20
30: Laminatstreifen des dritten Typs
31: erste Längsseite
32: zweite Längsseite
34: Schlitz
35: verbleibender Steg zwischen Schlitz 34 und erster Längsseite 31
36: Abstand zwischen zwei benachbarten Schlitzen 34
38: Breite des Laminatstreifes 20
40: Abschnitt zwischen zwei Schlitzen eines Laminatstreifens
41: Aussparung
43: Ventilationsöffnung
42: Erleichterungsloch
50: Einsatz
51: Einsatzwand
52: Aussparung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0649036 A1 [0002]

Claims

Wabenkern (1) für dimensionsstabile Platten und Reflektoren in Sandwichbauweise mit einer Vielzahl an Zellen (2) mit dreieckigem Zellquerschnitt aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkern (1) aus ebenen Laminatstreifen (10, 20, 30) durch Stecken zusammengesetzt ist, wobei die Laminatstreifen (10, 20, 30) jeweils an ihrer Längsseite quer zur Erstreckungsrichtung verlaufende Schlitze (13, 14, 23, 34) aufweisen, wobei die Laminatstreifen (10, 20, 30) derart miteinander verbunden sind, dass die Schlitze (13, 14, 23, 34) dreier Laminatstreifen (10, 20, 30) an einem jeweiligen Kreuzungspunkt (6) formschlüssig ineinander greifen zur Ausbildung der Ecken der Zellen (2) des Wabenkerns (1).
Wabenkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkern (1) zusammengesetzt ist aus – einer Anzahl an Laminatstreifen (10) eines ersten Typs, welche in regelmäßigen Abständen verteilte erste und zweite Schlitze (13, 14) umfassen, wobei sich die ersten Schlitze (13), ausgehend von einer ersten Längsseite (11), zu einem Drittel quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken und wobei sich die zweiten Schlitze (14), ausgehend von einer zweiten Längsseite (12), zu einem Drittel quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken, und wobei die ersten und die zweiten Schlitze (13, 14) in einer Linie verlaufen; – einer Anzahl an Laminatstreifen (20) eines zweiten Typs, welche in regelmäßigen Abständen verteilte Schlitze (23) umfassen, wobei sich die Schlitze (23), ausgehend von einer ersten Längsseite (21), zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken; und – einer Anzahl an Laminatstreifen (30) eines dritten Typs, welche in regelmäßigen Abständen verteilte Schlitze (34) umfassen, wobei sich die Schlitze (34), ausgehend von einer zweiten Längsseite (32), zu zwei Dritteln quer zur Erstreckungsrichtung erstrecken.
Wabenkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze (13, 14) eines Laminatstreifens (10) des ersten Typs, die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze (23) eines Laminatstreifens (20) des zweiten Typs und die Abstände der in Querrichtung verlaufenden Schlitze (34) eines Laminatstreifens (30) des dritten Typs derart bemessen sind, dass diese der Länge der Seitenkanten des dreieckigen Zellquerschnitts entsprechen.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatstreifen (10, 20, 30) eines gleichen Typs in dem Wabenkern (1) parallel zueinander angeordnet sind.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (2) aus gleichseitigen Dreiecken bestehen.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatstreifen (10, 20, 30) aus ausgehärtetem kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laminatstreifen (10, 20, 30) eine gleiche Dicke aufweisen.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ineinander greifenden Schlitze (13, 14, 23, 34) dreier Laminatstreifen (10, 20, 30) an einem Kreuzungspunkt (6) mit einem Kleber oder einem Kunstharz fixiert sind.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenkanten der Laminatstreifen (10, 20, 30) zumindest einer Hauptseite des Wabenkerns (1) nach erfolgtem Zusammenstecken in einer Ebene liegen.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (40) des Laminatstreifens (10, 20, 30), der zwischen zwei in Erstreckungsrichtung benachbarten Schlitzen angeordnet ist, ein oder mehrere Aussparungen (41) umfasst.
Wabenkern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest manchen der Zellen (2) des Wabenkerns (1) ein, insbesondere hohler, Einsatz (50) angeordnet ist, in welchen eine Last einleitbar ist.
Wabenkern nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (50) einen an die Zelle (2) angepassten dreieckigen Querschnitt aufweist, wobei eine jeweilige Einsatzwand (51) an eine zugeordnete Zellwand (7) angrenzt.
Wabenkern nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Einsatz (50) eines oder mehrere der folgenden Element verwendbar ist: – ein ausgehärtetes CFK-Formstück; – ein nass eingeformter, laminierter Composite-Einsatz; – ein metallisches Formstück; – ein Formstück aus Hartschaum; – ein Formstück aus Kunststoff.
Reflektor in Sandwichbauweise, insbesondere für einen optischen Spiegel in Leichtbauweise, umfassend einen Wabenkern (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Sandwichplatte in Leichtbauweise, insbesondere für dimensionsstabile Anwendungen, umfassend einen Wabenkern (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zum Herstellen eines Wabenkerns (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen (10) des ersten Typs, Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen (20) des zweiten Typs und Bereitstellen einer Anzahl an Laminatstreifen (30) des dritten Typs; b) Anordnen der Anzahl an Laminatstreifen (20) des zweiten Typs auf einer ebenen Unterlage, so dass deren Schlitze (23) von der Unterlage weg weisen; c) Einstecken der Anzahl an Laminatstreifen (10) des ersten Typs von oben in die Laminatstreifen (20) des zweiten Typs, so dass die Schlitze (14) der Laminatstreifen (10) des ersten Typs, die den Laminatstreifen (20) des zweiten Typs zugewandt sind, in die Schlitze (23) der Laminatstreifen (20) des zweiten Typs eingreifen; d) Einstecken der Anzahl an Laminatstreifen (30) des dritten Typs von oben in die Anzahl an Laminatstreifen (10) des ersten Typs, so dass die Schlitze (34) der Laminatstreifen (30) des dritten Typs in die Schlitze (13) der Laminatstreifen (10) des ersten Typs, welche den Laminatstreifen (30) des dritten Typs zugewandt sind, eingreifen.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Anzahl an Laminatstreifen (30) des dritten Typs parallel auf der Unterlage angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Anzahl an Laminatstreifen (30) des dritten Typs in einer Richtung senkrecht zur deren jeweiliger Erstreckungsrichtung mit gleichem Abstand auf der Unterlage angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem die Anzahl an Laminatstreifen (20) des zweiten Typs derart ausgerichtet wird, dass zugeordnete Schlitze (34) benachbarter Laminatstreifen (30) des zweiten Typs (30) eine Linie bilden.