DE102020120558A1

DE102020120558A1 - Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns, Wellstegwabenkern, Verwendung und Bauteil

Info

Publication number: DE102020120558A1
Application number: DE102020120558.9A
Authority: DE
Inventors: Stefan Lippitsch; Stephan Alexander Beil; Patrick Zirker; André Wagenführ
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-10
Also published as: WO2022028649A1; EP4192689A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns (1), der aus in einer Längsrichtung (L) parallel mit einander zugewandten Oberflächen zugeführten Materialstreifen, die Welllagen (2) und Ebenlagen (4) ausbilden, besteht. Dabei werden die Welllagen und die Ebenlagen derart wechselweise in einer Querrichtung (Q) aneinandergefügt und liegen im Wellstegwabenkern in Zellachsrichtung (Z) senkrecht zu einer Ebene, die zwischen Längs- und Querrichtung aufgespannt wird, ausgerichtete Knotenlinien (10) ausbilden, wobei der Wellstegwabenkern (1) um eine erste Achse, die in Längsrichtung (L) verläuft, formbar ist. Die Ebenlagen sind in einem Krümmbereich (K) um eine Achse quer zur Längsrichtung verformbar ausgeführt, neben der ohnehin vorhandenen Verformbarkeit um die Achse (A) längs zur Längsrichtung der Ebenlagen. Nach der Erfindung sind die Ebenlagen (4, 4') wenigstens in einem Krümmbereich (K) um eine in Querrichtung (Q) verlaufende zweite Achse formbar oder werden formbar gemacht, sodass ein Wellstegwabenkern (1) resultiert, dessen Formbarkeit in dem Krümmbereich (K) durch die Welllagen (2) bestimmt wird und Dehn- und Stauchreserven für die Formung des Wellstegwabenkerns (1) um die erste Achse und die zweite Achse(A) entstehen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Wellstegwabenkern, dessen Verwendung und ein Bauteil.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns, der aus in einer Längsrichtung parallel mit einander zugewandten Oberflächen zugeführten Materialstreifen, die Welllagen und Ebenlagen des Wellstegwabenkerns ausbilden, besteht, wobei die Welllagen und die Ebenlagen derart wechselweise in einer Querrichtung in Fügezonen aneinandergefügt werden und in den Fügezonen senkrecht zu einer Ebene, die zwischen der Längs- und der Querrichtung aufgespannt wird, ausgerichtete Knotenlinien ausbilden, wobei der Wellstegwabenkern um eine erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, formbar ist. Die Längsrichtung entspricht der Längsausdehnung der Materialstreifen. Die Querrichtung ist die Richtung senkrecht zur Längsrichtung und zugleich parallel zu der ebenen Ausbreitung des Wellstegwabenkerns.
Die Erfindung betrifft auch einen Wellstegwabenkern, der aus in einer Längsrichtung parallel mit einander zugewandten Oberflächen verlaufenden Materialstreifen, die Welllagen und Ebenlagen des Wellstegwabenkerns ausbilden, besteht, wobei die Welllagen und die Ebenlagen derart wechselweise in einer Querrichtung in Fügezonen aneinander gefügt sind und im Wellstegwabenkern in Zellachsrichtung senkrecht zu einer Ebene, die zwischen Längs- und Querrichtung aufgespannt wird, ausgerichtet vorliegen, dass die Fügezonen in Zellachsrichtung verlaufende Knotenlinien ausbilden, wobei der Wellstegwabenkern um eine erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, formbar ist. Die der Ebenlage zugewandte und parallel verlaufende Oberfläche der Welllage ist die Tangentialfläche von Wellental bzw. Wellenberg. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines Wellstegwabenkerns als Kernschicht eines Sandwichbauteils sowie ein Bauteil.
Wabenkerne dienen als Kernschicht effektiver Leichtbau-Sandwichstrukturen mit einer Reihe vorteilhafter Eigenschaften. Vor allem hervorragende mechanische Eigenschaften im Sandwichverbund bei sehr geringer Eigenmasse führen zu deren vielfachen Verwendung. Häufig bestehen Wabenkerne aus speziell gefügten, meist bereichsweise verklebten Materialstreifen. Zur Herstellung wird unten näher ausgeführt.
Die Materialstreifen werden in Querrichtung auf ihrer Breitseite, den Oberflächen, bereichsweise miteinander gefügt. Sie sind in Längsrichtung ausgerichtet und lediglich in einem diskreten Abstand an Knotenbereichen bzw. den Knotenlinien verbunden.
Längs- und Querrichtung bestimmen somit die ebene Ausbreitung des Wabenkerns. Verbundene und nicht verbundene Bereiche der Streifen bilden gemeinsam Hohlräume, die Wabenzellen. Durch verschiedene Verfahren, Materialien und Vorverarbeitungsschritte entstehen diverse Zellformen, die meist senkrecht zur ebenen Ausbreitung des Wabenkerns in Zellachsrichtung einen gleichbleibenden Querschnitt besitzen. Die Zellform liegt infolge der gleichartigen Wiederholung parkettiert im Wabenkern vor und bildet so die Zellstruktur. Zusammen mit der Höhe des Wabenkerns und dem verarbeiteten Material bestimmt diese die Wabenkerneigenschaften und somit das Verhalten des Wabenkerns im Sandwichbauteil.
Es existieren diverse Verfahren, nach denen Wabenkerne hergestellt werden. Die meisten Herstellungsverfahren lassen sich einteilen in eine Herstellung nach dem Well- oder nach dem Reckprinzip. Beim Wellprinzip wird in einem der ersten Verfahrensschritte ein Streifen, ein Bogen oder eine Bahn zunächst geformt und erst danach weiter zum Wabenkern verarbeitet. Derart wird eine große Vielfalt an Zellformen ermöglicht.
Demgegenüber werden Wabenkerne nach dem Reckprinzip im ebenen Zustand des Materialstreifens, des Materialbogens bzw. der Materialbahn verarbeitet. Daraus resultiert meist ein sehr effizientes Herstellungsverfahren, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass die resultierenden Wabenkerne nach der Herstellung im unexpandierten Zustand vorliegen, somit kostengünstig transportiert, gelagert und erst vor der Weiterverarbeitung des Wabenkerns zu expandieren sind. Die Vielfalt an Wabenkernen nach dem Reckprinzip ist wesentlich geringer, da spezielle geometrische Restriktionen einzuhalten sind.
Ein großer Teil aller Wabenkerne wird für ebene Anwendungen und somit als Kernlage für ebene Sandwichplatten verwendet. Eine stärkere Krümmung bzw. Formung des Wabenkerns aus seiner ebenen, flächigen Ausdehnung heraus ist in der Regel aufgrund der Zellstruktur des Wabenkerns nicht ohne Materialschädigung möglich.
Als formbar wird die Eigenschaft bezeichnet, mit der der ebene Wabenkern oder Wellstegwabenkern nach Einwirken der formenden Kraft in eine neue gekrümmte Form gebracht werden kann. Bei Verwendung plastisch formbarer Materialien führt die Formung zu einer dauerhaften Formveränderung, nachfolgend als Verformung oder Verformen bezeichnet. Währenddessen behalten elastisch formbare Materialien nur durch eine dauerhafte Verbindung mit einer anzuformenden Oberfläche die gekrümmte Form dieser Oberfläche bei, nachfolgend als Formung oder Formen bezeichnet.
Wabenkerne in gekrümmten Sandwichbauteilen werden in geformte und flexibel formbare Wabenkerne unterschieden. Letztere können flexibel und nahezu beliebig für geformte Bauteile Verwendung finden, wohingegen sich bei geformten Wabenkernen eine definierte Gestalt bei der Expansion ergibt. Wabenkerne in gekrümmten Sandwichbauteilen sind aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in den Druckschriften JP 07156319 A , JP 07186311 A , US 3 169 898 A und US 3 178 335 A beschrieben.
Für gekrümmte Bauteile finden vorteilhafterweise formbare Wabenkerne Verwendung, die die Formung aus der ebenen Ausbreitung des Wabenkerns heraus ohne Materialschädigung überstehen, so ihre Eigenschaften in den Verbund einbringen und nahezu beliebig zu den Decklagen hin positioniert werden können. Stark formbare Wabenkerne und somit Wabenkerne, die große Umformgrade ermöglichen, werden als flexibel formbar bezeichnet. Der Umformgrad beschreibt das Verhältnis zwischen Wabenkernhöhe, Biegeradius und Bogenlänge. Formbare Wabenkerne werden weiterhin unterschieden in einfach und doppelt krümmbare Wabenkerne.
Viele Wabenkerne weisen aufgrund ihrer Zellstruktur eine nur sehr eingeschränkte Formbarkeit auf. Da flexibel formbare Wabenkerne aufgrund ihrer Herstellung in der Regel kostenintensiv sind, besteht der Wunsch, übliche, grundsätzlich nicht verformbare Wabenkerne dennoch für gekrümmte Formteile zu nutzen. Das Flexibilisieren bezeichnet das Formbarmachen von Wabenkernen, d. h. die Vorbereitung für eine Formung sonst nicht ohne Materialschädigung formbarer Wabenkerne durch geeignete Verfahren und/oder Mittel. Folgende bekannte Vorgehensweisen kommen dabei bisher zur Anwendung:

• Formen ohne besondere Beachtung des Wabenkernverhaltens und dadurch Inkaufnahme zerstörter Wabenkernbereiche (die ggf. ausgeschäumt werden müssen), was zur bereichsweisen Minderung der Kernschichtfunktion im Sandwichverbund führt;
• Zeitweises Flexibilisieren von Wabenkernen z. B. durch Erwärmen von thermoplastischen Wabenkernen oder durch Befeuchten von Papierwabenkernen sind bekannt aus den Druckschriften EP 1 195 241 A2 und EP 1 048 446 A2 , wobei derartige Varianten nicht mit jedem Material durchführbar sind oder den Formungs- bzw. den Fügeprozess zum gekrümmten Sandwichformteil stark beeinträchtigten;
• Verringern der Wabenkernbelastung bei Krümmung durch Aufteilen der Belastung in mehrere Kernlagen ist bekannt aus der Druckschrift EP 0 123 572 A1 , wobei jedoch aufgrund der strukturierten Kerngeometrie Zwischendecklagen benötigt werden, was zu einem sehr hohen Fertigungsaufwand führt.

Bei der Herstellung flexibel formbarer Wabenkerne bestehen zwei prinzipielle Möglichkeiten die Flexibilität zu erhalten:

• Variation der Streifenverbindungsflächen des Wabenkerns, bekannt beispielsweise aus der Druckschrift US 3 178 335 A , führt zu einer verbesserten Flexibilisierung, jedoch auch zu verschlechterten mechanischen Eigenschaften und einem erhöhten Herstellungsaufwand;
• Variation der Zellform, bekannt u. a. aus den Druckschriften US 3 340 023 , DE 22 34 704 A1 und EP 0 955 109 A2 , erreicht eine Verbesserung der Kerneigenschaften, erfordert aber zumeist einen erhöhten Herstellungsaufwand.

Die Variation der Zellform stellt die am besten geeignete Möglichkeit dar, flexibel formbare Wabenkerne zu erhalten. Dabei existieren diverse, mehr oder weniger flexibel formbare Wabenkerne. Aus dem Stand der Technik bekannte Varianten nutzen folgende konstruktive Mittel zur Flexibilisierung.

• Nutzung von herstellungs- und expansionsbedingten bzw. zusätzlich eingebrachten Radien gemäß den Druckschriften EP 0 955 109 A2 , US 3 340 023 , US 4 876 134 A , WO 94/17993 A1 oder WO 2016/042107 A1 ;
• Auflösen von Parallelität und Kolinearität von Stegflächen gemäß den Druckschriften US 4 876 134 A oder WO 2016/042107 A1 ;
• Zusätzliche Knicklinien bzw. Falze führen zum Teilen der Stegflächen in kleinere Stegflächen mit einem „Scharnier“ gemäß den Druckschriften DE 2 234 704 A1 , EP 0 955 109 A2 , US 3 340 023 , US 4 876 134 A , WO 94/17993 A1 ;
• Schaffung von Dehn- und Stauchreserven durch Auflösen der Stegflächen gemäß den Druckschriften DE 2 234 704 A1 , EP 0 955 109 A2 , US 3 340 023 , US 4 876 134 A , WO 94/17993 A1 , WO 2016/042107 A1 ;
• Kurze bzw. geteilte Doppelstege gemäß den Druckschriften EP 0 955 109 A2 , WO 94/17993 A1 ;
• Versetzt verklebte, geformte Streifen gemäß den Druckschriften GB 750 610 A , US 3 616 141 A .

Eine sehr vorteilhafte Möglichkeit, einige dieser konstruktiven Mittel in gängige, sonst nicht formbare, jedoch effizient und somit preiswert hergestellte und in diversen Parameterabwandlungen produzierte Wabenkerne einzubringen und somit zu flexibilisieren, besteht in der nachträglichen, mechanischen Umformung bzw. der gezielten Zerstörung ihrer Zellstruktur. Damit können übliche, hochproduktiv und in diversen Parameterabwandlungen produzierte Wabenkerne nachträglich umgeformt werden.
Bekannte Möglichkeiten eine Zellstruktur zu flexibilisieren sind:

• Einwirkung mittels geeigneter mechanischer Mittel, wie aus den Druckschriften DE 198 47 902 A1 , EP 0 123 572 A1 , GB 1 355 642 A , JP 11034194 A , WO 2013/127168 A1 bekannt, wodurch zumeist ein verbessertes „Ausknickverhalten“ der Zellwände erreicht wird, jedoch zusätzliche Dehnreserven kaum oder überhaupt nicht geschaffen werden;
• Gezielte Auflösung des Materialzusammenhaltes durch lokales Schlitzen oder Nuten des Wabenkerns gemäß Druckschrift GB 987 877 A oder ein Auflösen von Knotenpunkten gemäß Druckschrift RU 2 565 711 C1 , was jedoch in beiden Fällen zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führt, da sämtliche Stege in dem betreffenden Bereich modifiziert werden müssen;
• Mechanisches Stauchen und somit Falten bzw. Falzen von Zellwänden, wodurch ausgeprägte Dehn- und Staureserven und somit eine gute Formbarkeit des Wabenkerns resultiert.

Wellstegwabenkerne stellen eine Unterart von streifenweise gefügten Wabenkernen dar. Ihre Zellform wird herstellungsbedingt durch eine Welle (in Deutschland häufig eine Sinuswelle), nachfolgend Welllage genannt, die von einer ebenen Zellwand, nachfolgend Ebenlage genannt, beplankt wird, gebildet. Näherungsweise ergibt sich somit eine Zellform mit dreieckigem Querschnitt, wobei die zwei Schenkel, gebildet aus der Welle, S-förmig vorliegen.
Wellstegwabenkerne sind üblicherweise stark eingeschränkt formbar und ermöglichen zumindest keine Formung um Achsen, die parallel oder schräg zur Querrichtung verlaufen und in Folge auch keine Formung um Längs- und Querrichtung, im Sinne einer doppelten Krümmung, ohne undefinierte Materialschädigung. Üblicherweise eingesetzte Werkstoffe sind z. B. Papiere, Kunststoffe oder Metallfolien, z. B. Aluminiumfolie.
Die Zellstruktur von Wellstegwabenkernen ist zumeist und im Vergleich zu Hexagonalwabenkernen recht dicht, was eine höhere Dichte und somit Masse, aber auch bessere mechanische Eigenschaften im Sandwichverbund mit sich bringt. Die spezielle Zellform ergibt sich aus der Herstellung des Wellstegwabenkerns, da hierbei Wellpappe zu einem Wabenkern gefügt wird.
Wellpappe entsteht durch das Verkleben wenigstes einer gewellten Papierbahn (Wellenbahn oder Welllage) und einer glatten, ebenen Papierbahn (Decklagenbahn oder Ebenlage). Gewelltes, einseitig mit einer ebenen Bahn verbundenes Papier wird als einseitige Wellpappe bezeichnet. Kommt eine zweite Decklage hinzu, wird das Erzeugnis als einwellige Wellpappe bezeichnet. Dieser Aufbau mit zwei Decklagen entspricht der Sandwichbauweise und bietet hervorragende mechanische Eigenschaften der Wellpappe bei geringem Materialeinsatz. Dieser Aufbau wird üblicherweise bis zu Verbundstrukturen von drei Wellenbahnen, jeweils getrennt durch ebene Zwischenbahnen und kaschiert mit zwei Decklagenbahnen, erweitert. Die Eigenschaften von Wellpappe sind

• sehr gute Festigkeitseigenschaften bei niedrigem Gewicht,
• vielseitige Verwendbarkeit,
• niedrige Herstellungskosten und
• Recyclingfähigkeit.

Wellstegwabenkerne können nach verschiedenen Verfahren aus Wellpappe hergestellt werden. Durch den dabei immer vorgeschalteten Schritt des Wellens sowie den Umstand, dass Wellstegwabenkerne nach ihrer Herstellung bereits in ihrer weiterverarbeitbaren Form vorliegen, können sie als Wabenkerne, hergestellt nach dem Wellprinzip, bezeichnet werden.
Wellstegwabenkerne bestehen aus wechselweise zusammengefügten gewellten und ebenen Materialstreifen. Durch verschiedene Herstellungsverfahren ergeben sich verschiedene Reihenfolgen der Anordnung. Nach einem ersten Herstellungsablauf werden einseitige, ein- oder mehrwellige, herkömmliche Wellpappbögen flächig miteinander zu einem Block verklebt. Der gewünschte Wabenkern wird dann entsprechend der geforderten Wabenkernhöhe vom Block, meist senkrecht zur Achse der Wellenkrümmungen, abgetrennt. Dieses Verfahren ist beispielsweise bekannt aus den Druckschriften US 5 528 994 A und DE 697 03 451 T2 . Wird mit dem Verfahren beispielsweise einseitige Wellpappe verarbeitet, so sind Welllage und Ebenlage immer im Wechsel und somit nach der Form „Ebenlage-Welllage“ miteinander verklebt. Bei der Verarbeitung einwelliger Wellpappe folgt die wiederkehrende Form „Ebenlage-Welllage-Ebenlage“.
Eine zweite Möglichkeit besteht in der Verarbeitung einseitiger, ein- oder mehrlagiger Wellpappe, wobei die Bögen (längs oder quer) bis ausschließlich der jeweils letzten Ebenlage wechselseitig, im Abstand der gewünschten Wabenkernhöhe, quer zu den Achsen der Wellenkrümmungen geschlitzt, um die verbleibenden Decklagen gefaltet, dabei verklebt und vorteilhafterweise abschließend die Umlenkungen abgetrennt werden, so wie in der Druckschrift US 6 800 351 B1 beschrieben. Wird dieses Verfahren z. B. mit einseitiger Wellpappe durchgeführt, entsteht die wiederkehrende und miteinander zum Kern gefügte Anordnung „Ebenlage-Welllage-Welllage-Ebenlage“.
Eine dritte Möglichkeit, bekannt aus der Druckschrift JP 1024504 A , besteht im kontinuierlichen Auftrennen einer einseitigen Wellpappbahn in Längsrichtung, der Drehung der entstandenen Streifen, ihrer Umlenkung, Klebstoffbeschichtung und Fügen zum Wellstegwabenkern.
Eine vierte Möglichkeit ist in den Druckschriften DE 697 03 451 T2 und JP 1024504 A beschrieben und besteht im Aufwickeln einer einseitigen Wellpappe, wobei die Lagen durch eine zuvor aufgetragene Klebstoffschicht verbunden werden. Derart entstehen Wabenkörper bzw. werden vom Wabenkörper die geforderten Wellstegwabenkerne herausgetrennt.
Je nach Wahl der Wellengröße können Wellstegwabenkerne recht kleine Zellweiten aufweisen. Dies führt zu sehr guten mechanischen Eigenschaften im Sandwichverbund und einer gering ausgeprägten Deckschichttelegrafie, dem unerwünschten Abzeichnen der Kernstruktur auf der Oberfläche des Sandwichbauteils. Die Lage der Wellen zueinander kann durch das Herstellverfahren vorgegeben, gezielt eingestellt oder per Zufall beliebig sein. So können sich z. B. die Berge und Täler der Wellen mit den ebenen Lagen in Verbindungpunkten treffen oder auch in den einzelnen Schichten versetzt zueinander vorliegen. Wellstegwabenkerne werden meist aus Papier hergestellt, jedoch finden auch viele andere Materialien, wie Kunststoff- und Metallfolien, Verwendung bzw. sind prinzipiell verwendbar. Auch können die Materialbahnen vor dem Zusammenfügen zusätzlich bearbeitet, z. B. mit Perforierungen (beispielsweise zur Durchlüftung) oder Rillungen (geringfügig verbesserte Flexibilität) versehen sein, vgl. die Druckschrift WO 2019/057233 A1 .
Aufgrund ihrer Zellform sind Wellstegwabenkerne um ihre Längsrichtung nur sehr eingeschränkt formbar, um die Querrichtung jedoch nahezu starr. Letzteres basiert auf den Ebenlagen der Wellstegwabenkerne, die in Längsrichtung ausgerichtet sind und bei einer Biegung um die Querrichtung mechanisch als Scheiben angesehen werden können. Zusätzlich werden Instabilitäten, die zu einem Ausknicken der Ebenlagen führen würden, durch die stützenden Wellen unterbunden. Im Ergebnis ist die Biegesteifigkeit der Wellstegwabe um die Querrichtung sehr hoch. Wird der Wabenkern dennoch in dieser Richtung geformt, kommt es i. d. R. zum Materialversagen.
Eine bedingte Formbarkeit kann erreicht werden, indem vor der Verarbeitung zum Wellstegwabenkern in das Papier stetig verteilte Rilllinien eingebracht werden. Die Rilllinien sind im späteren Wellstegwabenkern in Zellachsrichtung orientiert. Sie bieten bei einer Krümmung bzw. Biegung des Kerns eine zusätzliche, jedoch in ihrer Ausprägung sehr geringe Dehnreserve. Zudem führen sie aber auch zum vereinfachten Ausbeulen der Ebenlagen, was das Stauchen der Zellen und somit die Formung des Wellstegwabenkerns erleichtert.
Die nach den zuvor beschriebenen Verfahren erhältlichen Wellstegwabenkerne bieten aber nicht die Möglichkeit, ohne undefinierte Deformation oder Zerstörung unter unkontrollierter Verringerung der mechanischen Stabilität eine Formung um zwei Achsen zu ermöglichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns gemäß dem Oberbegriff derart weiterzubilden, dass eine Flexibilisierung des Wellstegwabenkerns erreicht und dieser um Achsen parallel zur Querrichtung und in der Folge auch um zwei Achsen zugleich formbar wird, ohne dabei eine undefinierte Beschädigung zu erfahren. Überdies ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen um Achsen parallel zur Querrichtung und in Folge auch um zwei Achsen zugleich formbaren Wellstegwabenkern anzubieten, dessen Verwendung als Kernschicht für Sandwichbauteile und ein aus dem Wellstegwabenkern hergestelltes Bauteil vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns, der aus in einer Längsrichtung parallel mit einander zugewandten Oberflächen zugeführten Materialstreifen, die Welllagen und Ebenlagen ausbilden, besteht. Alle Welllagen und Ebenlagen verlaufen parallel. Dabei werden die Welllagen und die Ebenlagen wechselweise in einer Querrichtung in Fügezonen aneinandergefügt und bilden in den Fügezonen senkrecht zu einer Ebene, die zwischen der Längsrichtung und der Querrichtung aufgespannt wird, ausgerichtete Knotenlinien aus. Der Wellstegwabenkern ist um eine erste Achse formbar, die in Längsrichtung, der Längsausdehnung der Ebenlagen, verläuft.
Nach der Erfindung sind die Ebenlagen wenigstens in einem Krümmbereich um eine in Querrichtung verlaufende zweite Achse formbar oder werden formbar gemacht. Es entsteht ein Wellstegwabenkern, dessen im Wesentlichen ungehinderte Formbarkeit in dem Krümmbereich, ohne Beschränkung durch steife Ebenlagen, durch die Welllagen bestimmt wird. Dabei entstehen Dehn- und Stauchreserven für die Formung des Wellstegwabenkerns um die erste Achse und die zweite Achse, demnach in Längs- und Querrichtung.
Idealisiert betrachtet, richten sich die Knotenlinien immer senkrecht zu einer Oberfläche, an die der Wabenkern angeformt wird, und ungeachtet deren Krümmung aus. So wie jeder Punkt auf einer beliebigen Fläche eine Normale besitzt, ist diese Normale dann in dem Knotenpunkt die Richtung der Knotenlinie.
Die Ebenlage kann wenigstens in dem Krümmbereich aus einem in Längsrichtung unter Zug um wenigstens 12 % dehnbaren und unter Druck möglichst knicklabilen Material (Verkürzung bis auf minimal 3 % der ursprünglichen Länge) bestehen, sodass der Wellstegwabenkern um die erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, und um die zweite Achse, die quer zu der Längsrichtung der Ebenlage verläuft, formbar ist, indem in dem Abschnitt der Ebenlage zwischen den Knotenlinien die feste Distanz und der feste Winkel benachbarter Knotenlinien zueinander aufgehoben werden und die Knotenlinien Abstände und Winkel entsprechend der Formung in dem Krümmbereich einnehmen und die Welllage und die Ebenlage zwischen den Knotenlinien verformt wird. Der erfindungsgemäße, formbare Wellstegwabenkern kann auch ohne gekrümmt zu werden oder nur einfach gekrümmt in einem Sandwichbauteil verarbeitet werden.
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen in seiner Gesamtheit bzw. alternativ nur im Bereich der späteren Formung formbaren Wellstegwabenkern, der insbesondere zur Verwendung als Kernschicht einfach und doppelt gekrümmter Sandwichbauteile vorgesehen ist. Ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Verfahren zu dessen Weiterverarbeitung sind nachfolgend beschrieben sowie Beispiele für die Verwendung derart hergestellter, formbarer Wellstegwabenkerne angegeben.
Um die Längsrichtung sind Wellstegwabenkerne nur bedingt formbar. Dies rührt aus der durch die Well- und Ebenlagen geprägten Zellstruktur her, wie oben näher beschrieben. Die Wellstege verlängern sich unter Biegung auf der Zugseite und verkürzen sich auf der Druckseite. Somit sind bedingte Dehn- und Stauchreserven gegeben. Bei manchen Well-/Ebenlagen-Konstellationen verdrillen sich die ebenen Zwischenlagen bei einer derartigen Formung zusätzlich, was zu einer geringfügig erhöhten Formbarkeit führt. Nachteilig ist, dass der Effekt der Radiusveränderung nicht voll ausgeschöpft werden kann, da die Breite der einzelnen Zellen durch die verbundenen Ebenlagen unveränderbar ist.
Viel nachteiliger hinsichtlich eines für gekrümmte Sandwichbauteile flexibel verwendbaren Wellstegwabenkerns ist jedoch die fehlende Formbarkeit um die Querrichtung, sodass die Krümmung um die Querrichtung und somit auch eine doppelte Krümmung nicht ohne Materialschädigung möglich ist. Dies liegt größtenteils an den Ebenlagen von Wellstegwabenkernen. Ein besonders vorteilhaftes Ergebnis der vorliegenden Erfindung ist somit die Funktionsweise der Ebenlagen in der Wellstegwabe derart zu beeinflussen, dass eine gute Formbarkeit um beide Achsen und somit auch deren Kombination im Sinne einer doppelten Krümmung ermöglicht wird.
Als Lösung werden, neben dem Einsatz eines bereits ursprünglich dehnbaren Materials, wie z. B. Krepp, für die Ebenlage zwei Varianten der Bearbeitung des Materials vorgeschlagen, um diesen formbar zu machen. Nach einer ersten Alternative wird der Materialzusammenhalt der späteren Ebenlagen partiell aufgehoben, indem bereits vor dem Zusammenfügen mit den Welllagen und somit beim Herstellen der Zwischenprodukte, der einseitigen, ein-, zwei- oder dreiwelligen Wellpappe, in die Ebenlagen Schlitze, alternativ Nuten oder andere Perforationen, deren Länge kleiner ist als die Höhe des Wellstegwabenkerns ist, eingebracht werden. Die Ausbildung und Anordnung der Schlitze, Nuten oder Perforationen sind dabei so gewählt, dass eine derart erreichte Vorschädigung bei einer Krümmung des Wellstegwabenkerns um die Querrichtung zu einem zumindest teilweisen Durchreißen der Ebenlagen in den Bereichen erhöhter Belastung führt. Durch die in Zellachsrichtung ausgerichteten Schlitze entstehen unter der Belastung Spannungsspitzen, die zum vollständigen oder teilweisen Riss der verbleibenden Reststege führen. Die durch Formung des Wabenkerns resultierenden Belastungen in den Ebenlagen führen zu weitestgehend entlang der Zellachsrichtung fortschreitenden Rissausbildungen. Bevorzugt werden die Schlitze mittels einer Rotationsstanze in die Materialbahn eingebracht.
Die Möglichkeit des so erreichbaren neuartigen Lagenaufbaus sieht vor, die in den Ebenlagen diskret mit kleinem Abstand eingebrachte Schlitze, Nuten oder anderen Perforationen, die sich entlang der Zellachsen bzw. parallel zu diesen erstrecken, zur Formung auszunutzen. Bei der Formung wird das derart vorgeschädigte Material lokal zerstört, was dazu führt, dass dort effektiv nur noch die Wellen bzw. die Welllagen den zusammenhängenden Kern bilden und sich dieser entsprechend verhält. Die Formbarkeit wird deutlich erhöht. Die verbleibenden Stege der ursprünglichen Ebenlagen beeinträchtigen die Formung nicht, vielmehr dienen sie zusätzlich als Versteifung der Knotenpunkte, die sich bei der Formung senkrecht zur Formoberfläche ausrichten und somit die wünschenswerten Kerneigenschaften in den Bereichen der Umformung verbessern.
Zur Herstellung eines derartigen Wellstegwabenkerns werden statt einer sonst zumeist durchgängigen, unbeschädigten, ebenen Materialschicht entsprechend vorbereitete Lagen verwendet. Benötigte Freiräume können zuvor beispielsweise mittels Rotationsstanzen in die Bahnen oder Bögen des Materials der Ebenlagen eingebracht werden. Das derart vorbereitete Material wird dann mit Welllagen und ggf. weiteren Ebenlagen zum Zwischenprodukt (einseitige, ein-, zwei- oder dreiwellige Wellpappe) gefügt und weiter nach den oben beschriebenen, gängigen Verfahren zum Wellstegwabenkern verarbeitet.
Nach einer zweiten Variante wird der Materialzusammenhalt der Ebenlage nach Herstellung des Wellstegwabenkerns gezielt und nur partiell durch Trennen teilweise, nahezu vollständig oder auch vollständig aufgehoben. Der Materialzusammenhalt der Ebenlagen wird zwischen den Knotenlinien durchtrennt, wobei die Trennlinien parallel oder schräg zur Zellachsrichtung verlaufen. Durch gezieltes Einwirken auf die Ebenlagen, beschränkt auf den Bereich der später zu erwartenden Umformung, besitzt der Wellstegwabenkern außerhalb dieses Bereichs weiterhin seine gewohnten Kerneigenschaften, wohingegen im Umformbereich eine nur durch die verbleibenden Wellen und die zusätzlich stützenden Reste der Ebenlagen charakterisierte Zellstruktur resultiert. Diese Zellstruktur lässt die erfindungsgemäß geforderte Formung des Wellstegwabenkerns zu. Die Ebenlagen werden so nur in festgelegten Bereichen getrennt, so dass sie die spätere Formung nicht behindern.
Durch das (partielle) Auflösen des Stoffzusammenhalts der Ebenlagen von Wellstegwabenkernen wird deren Formbarkeit deutlich erhöht. Die jeweils beim Durchtrennen verbleibenden Stege der ursprünglichen Ebenlagen beeinträchtigen die Formung nicht, vielmehr dienen sie als zusätzliche Versteifung der Knotenpunkte, die sich bei der Formung senkrecht zur Formoberfläche ausrichten und somit wünschenswerte Kerneigenschaften in den Bereichen der Umformung fördern. Mit derart flexibilisierten Wellstegwabenkernen sind vorteilhafte, einfach und doppelt gekrümmte Sandwichformteile herstellbar. Alternativ können die Ebenlagen zwischen den Knotenlinien z. B. durch zwei Trennschnitte auch nahezu restlos entfernt werden.
Die erste der zuvor beschriebenen Varianten ist auf den gesamten Wellstegwabenkern oder wenigstens auf eine bestimmte Anzahl an Ebenlagen im Wellstegwabenkern bezogen. Die zweite Variante kann ebenfalls für den gesamten Wellstegwabenkern Verwendung finden, wird jedoch vorteilhafterweise nur lokal begrenzt, im Bereich der späteren Formung eingesetzt. Letzteres bietet den großen Vorteil, dass die sonst hervorragenden Kernschichteigenschaften der Wellstegwabenkerne in nicht geformten Bereichen vollständig erhalten bleiben.
Das erfindungsgemäß verbesserte Verfahren zur Herstellung von formbaren Wellstegwabenkernen und ihrer Weiterverarbeitung gemäß den in den Unteransprüchen angegebenen Ausführungsformen ermöglicht es, dass die Wellstegwabenkerne aus ihrer ebenen Ausbreitung um eine bzw. zwei Achsen geformt werden können und dabei keine undefinierte Beschädigung erfahren. Das Auflösen des Stoffzusammenhalts der Ebenlagen kann somit im gesamten Wellstegwabenkern bzw. alternativ lediglich im Bereich der späteren Formung erfolgen.
Bei Wellstegwabenkernen können, je nach ihrem Herstellungsverfahren und dessen Ausführung, die Wellen(-berge) und somit die Knotenpunkte genau zusammentreffen, parallel zueinander verlaufen oder zufällig angeordnet sein. Wenn überdies verschiedene Wellenarten in den einzelnen Schichten zu einem Wellstegwabenkern verarbeitet werden, so treten alle Fälle bereichsweise wiederkehrend auf. Für die zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, das gezielte bereichsweise Durchtrennen der Ebenlagen, ergeben sich daraus zwei mögliche Zustände. Im ersten fallen die Berge und Täler benachbarter Welllagen so zusammen, dass gemeinsame, in den verbundenen Bereichen ausgebildete Knotenlinien mit dazwischen befindlichen Ebenlagen resultieren. Hier gilt es, die Ebenlagen zwischen den Knotenlinien zu trennen. Dies kann, muss aber nicht mittig geschehen.
Der zweite Fall ist durch das Zusammentreffen von nur einer Welllage und wenigstens einer Ebenlage in einer Knotenlinie geprägt. Es resultieren zwei Abschnitte der Ebenlagen. Ein Durchtrennen beider Abschnitte würde den Wellstegwabenkern stark schwächen, da dort lokal der gesamte Zusammenhalt des Wellstegwabenkerns verloren gehen würde. Es ist somit immer lediglich ein Abschnitt zu trennen. Wird der längere Abschnitt getrennt, ergibt sich ein geringfügig festerer Wabenkern, demgegenüber aber auch eine etwas weniger stark ausgeprägte Formbarkeit.
Das Durchtrennen der Ebenlagen führt zu einer abgewandelten Zellstruktur, was die mechanischen Eigenschaften und somit auch das Verhalten des Wellstegwabenkerns im Sandwichverbund beeinflusst. Diese Wirkung kann durch ein nur teilweises Durchtrennen der Ebenlagen vermindert werden. Bei der bereichsweisen Flexibilisierung findet zudem die Bearbeitung und somit die Eigenschaftsveränderung nur in einem zuvor für die spätere Formung vorgegebenen Bereich statt. Hierfür wird die genaue Zellstruktur ermittelt, der Bereich oder die Bereiche der späteren Formung festgelegt und anschließend die betreffenden Ebenlagen gezielt getrennt. Dies kann z. B. mittels Laserstrahl, Wasserstrahl, Erosion in einer Erosionsvorrichtung, Messer bzw. weiteren trennenden Verfahren bzw. Trennmedien durchgeführt werden.
Beim Trennen ist es vorteilhaft, wenn das trennende Medium keinen großen Schnittdruck auf den Wellstegwabenkern ausübt, da dies zu Verschiebungen führen könnte. Alternativ ist der Wellstegwabenkern für die Bearbeitung möglichst geeignet zu spannen. Die gesamte Vorrichtung kann selbstverständlich weiter automatisiert werden, indem z. B. ein automatischer Einzug und die Ausgabe von Wellstegwabenkernen von und auf Stapel erfolgt.
Dabei kann das Durchtrennen parallel zur Zellachsrichtung oder schräg erfolgen. Die getrennten Bereiche können nahezu komplett aus dem Wellstegwabenkern getrennt werden, sodass zwischen den beiden Knotenlinien einer jeden Zelle jeweils eine durchgehende Zerteilung der Ebenlage erfolgt, oder vorteilhafterweise im Kern als zusätzliche Stützen für die Knotenpunkte verbleiben. Auch müssen die Ebenlagen nicht vollständig durchtrennt werden. Reststege werden durch die Belastung während der Formung durchtrennt.
Es hat sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Zellstruktur des Wellstegwabenkerns mittels eines bildgebenden Verfahrens ermittelt, analysiert und das Ergebnis zur Positionierung und Führung des Trennmediums in Bezug zu den zu trennenden Ebenlagen und den diese begrenzenden Knotenlinien herangezogen wird.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des bildgebenden Verfahrens erfolgt die Bildaufnahme der Zellstruktur bei einer Dunkelfeldbeleuchtung des Wellstegwabenkerns, bei der das Licht sehr flach, d. h. mit einem geringen Winkel zwischen Lichtstrahl und Wabenkernoberfläche die Stege des Wellstegwabenkerns beleuchtet und derart die Zellstruktur fehlerfrei und ohne Störeinflüsse ermittelt werden kann. Bevorzugt erfolgt eine Bildaufnahme mittels einer gängigen Kamera, einer Zeilenkamera bzw. einem Profil- oder Linienscanner.
Alternativ zur Dunkelfeldbeleuchtung und den genannten Bildaufnahmemöglichkeiten ist auch die Nutzung einer Kamera mit einem telezentrischen Objektiv gut zur Ermittlung der Zellstruktur geeignet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht folgenden Ablauf vor:

• Beschickung mit Auflegen eines Wellstegwabenkerns auf einen Bearbeitungstisch,
• Beleuchtung des Wellstegwabenkerns mittels Dunkelfeld,
• Vorgabe eines zu flexibilisierenden Bereichs durch den Bediener,
• Aufnahme eines Bildes des beleuchteten Wellstegwabenkerns,
• softwaregestützte Ermittlung der Zellstruktur und somit aller Well- und Ebenlagen samt ihrer Form, Position und Ausrichtung,
• softwaregestützte Ermittlung betreffender Ebenlagen und der zu trennenden Bereiche (ggf. Optimierung der Trennreihenfolge und der -bewegungen) und
• Trennen des Stoffzusammenhalts betreffender Ebenlagen durch einen Laserstrahl.

Die Ermittlung der Zellstruktur von Wabenkernen kann beispielsweise durch eine Bildaufnahme und -auswertung von Wabenkernen (inkl. Wellstegwabenkernen) erfolgen. Da die meisten Wabenkerne entlang ihrer Z-Achse eine konstante Zellstruktur aufweisen, ist eine Dunkelfeldbeleuchtung empfehlenswert. Derart können über eine geeignete softwareseitige Auswertung einzelne Wabenstege, ihre Form, Lage und weitere Details genauestens für die weitere Verarbeitung ermittelt werden. Mit der Analyse erfolgt eine Definition von Bereichen, in denen die Flexibilisierung und somit die spätere Formung stattfinden sollen.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch einen Wellstegwabenkern, der aus in einer Längsrichtung parallel mit einander zugewandten Oberflächen verlaufenden Materialstreifen besteht. Die Materialstreifen bilden Welllagen und Ebenlagen des Wellstegwabenkerns aus. Die Welllagen und die Ebenlagen sind derart wechselweise in einer Querrichtung in Fügezonen aneinandergefügt und liegen im Wellstegwabenkern in Zellachsrichtung senkrecht zu einer Ebene, die zwischen Längsrichtung und Querrichtung aufgespannt wird, ausgerichtet vor, dass die Fügezonen in Zellachsrichtung verlaufende Knotenlinien ausbilden. Der Wellstegwabenkern ist bedingt durch seine oben bereits diskutieren Eigenschaften um eine erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, formbar bzw. krümmbar.
Nach der Erfindung sind die Ebenlagen wenigstens in einem Krümmbereich um eine in Querrichtung verlaufende zweite Achse formbar. Es entsteht ein Wellstegwabenkern, dessen im Wesentlichen ungehinderte Formbarkeit in dem Krümmbereich, ohne Beschränkung durch steife Ebenlagen, durch die Welllagen bestimmt wird, so wie auch bei der Formung um die erste Achse. Es entstehen Dehn- und Stauchreserven für die Formung des Wellstegwabenkerns um die erste Achse und die zweite Achse, demnach in Längs- und Querrichtung.
Es ist auch möglich, die Ebenlagen wenigstens in dem Krümmbereich aus einem in Längsrichtung unter Zug um wenigstens 12 % dehnbaren und unter Druck möglichst knicklabilen Material (Verkürzung bis auf minimal 3 % der ursprünglichen Länge) auszuführen, sodass der Wellstegwabenkern um eine erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, und um eine zweite Achse, die quer zu der Längsrichtung der Ebenlagen verläuft, formbar ist. Dies wird erreicht, indem in dem Abschnitt der Ebenlagen zwischen den Knotenlinien die feste Distanz und der feste Winkel benachbarter Knotenlinien zueinander aufgehoben werden und die Knotenlinien Abstände und Winkel entsprechend der Formung in dem Krümmbereich einnehmen und die Welllagen und die Ebenlagen zwischen den Knotenlinien verformt werden.
Nach einer ersten Alternative sind die formbaren Ebenlagen aus einem bereits ursprünglich dehnbaren Material, wie z. B. Krepppapier, ausgeführt. Nach einer zweiten Alternative ist der Materialzusammenhalt der formbaren Ebenlagen durch auf den gesamten Ebenlagen kontinuierlich eingebrachte Schlitze, Nuten oder Perforationen, deren Länge kleiner ist als die Höhe des Wellstegwabenkerns, aufgehoben. Nach einer dritten Alternative ist der Materialzusammenhalt der auch um die in Querrichtung verlaufende Achse formbaren Ebenlagen durch Trennschnitte in einem Bereich zwischen den Knotenlinien aufgehoben, die im Wesentlichen in Richtung der Knotenlinien verlaufen und die Ebenlagen im zu formenden Bereich zumindest teilweise trennen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf die Verwendung eines Wellstegwabenkerns als Kernschicht eines Sandwichbauteils gerichtet.
Erfindungsgemäß ist der Wellstegwabenkern nach einem Verfahren wie zuvor beschrieben hergestellt und bildet die Kernschicht eines einfach oder doppelt gekrümmten Sandwichbauteils.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil, insbesondere ein geformtes Sandwichbauteil, umfassend wenigstens einen erfindungsgemäß formbaren Wellstegwabenkern, wie zuvor beschrieben.
Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

1: schematisch eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Welle und ihr Verhalten bei der Formung;
2: schematisch eine perspektivische Ansicht sowie eine Seitenansicht und eine Ansicht von oben einer Ausführungsform eines verformten erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns;
3: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils mit doppelter Krümmung;
4: schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns, umfassend eine Vielzahl vom Schlitzen;
5: schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns mit ausgewähltem, begrenztem Krümmbereich;
6: schematisch ein Bild aus der Dunkelfeldbeleuchtung;
7: schematische Draufsichten auf zwei Wellstegwabenkernausschnitte mit unterschiedlich versetzt zueinander angeordneten Welllagen und
8: schematisch perspektivische Ansichten eines Wellstegwabenkerns kurz vor und bei dem Durchtrennen einer Ebenlage nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels Laserstrahl.

1 zeigt schematisch eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht einer einzelnen Welle einer Welllage 2 und ihr Verhalten unter Biegebelastung M, die auf einen Wellstegwabenkern, dessen Teil die Welllage 2 ist, wirkt. Die Biegebelastung ist eine Folge seiner Formung um die Längsrichtung der Wellen. Aufgrund der Wellenform sind Wellstegwabenkerne um ihre Längsrichtung bedingt formbar. Dies rührt aus der S-Form der Wellenstege her. Unter Biegung ist diese S-Form auf der Druckseite stärker ausgeprägt und nähert sich zugleich auf der Zugseite einer Geraden an. Diese Veränderung der S-Form schafft die Dehn- und Stauchreserven, worin die bedingte Formbarkeit der Wellstegwabenkerne begründet liegt. Bei manchen Wellen-Ebenen-Konstellationen verdrillen sich die ebenen Zwischenlagen, die hier nicht dargestellten Ebenlagen 4, zusätzlich, was zu einer geringfügig erhöhten Formbarkeit führt. Ist die Welllage 2 mit der Ebenlage 4 verbunden, kann der Effekt der Radiusveränderung nicht voll ausgeschöpft werden, da die einzelnen Zellen in ihrer Breite von den Ebenlagen 4 fixiert werden. Auch dieses Problem löst die Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Seitenansicht, eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines verformten erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns 1. Durch das (bereichsweise) Auflösen des Stoffzusammenhalts der Ebenlagen 4 des Wellstegwabenkerns 1 wird dessen Formbarkeit auch um die in Querrichtung Q verlaufende Achse A deutlich erhöht.
Die verbleibenden Stege der ursprünglich durchgängigen Ebenlagen 4 beeinträchtigen die Formung nicht, vielmehr dienen sie zusätzlich als Versteifung der Knotenlinien 10, die sich bei der Formung senkrecht zur geformten Oberfläche ausrichten, und verbessern somit die wünschenswerten Kerneigenschaften in den Bereichen der Formung, dem Krümmbereich K. Derart sind vorteilhafte, einfach und doppelt gekrümmte Sandwichformteile herstellbar, wie z. B. das Bauteil 16, in 3 dargestellt.
Beim Trennen zur Herstellung der Schnitte 6 ist es vorteilhaft, wenn das trennende Medium bzw. Werkzeug keinen hohen Schnittdruck auf den Wellstegwabenkern 1 ausübt, da dies zu Verschiebungen oder unerwünschten Verformungen führen könnte. Alternativ ist der Wellstegwabenkern 1 für die Bearbeitung möglichst geeignet zu spannen.
3 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils 16 mit doppelter Krümmung, wobei exemplarisch nur ein Teil des geformten Wellstegwabenkerns sichtbar dargestellt ist. Eine derartige Formung eines Wellstegwabenkerns ist nur durch die Aufhebung des Stoffzusammenhalts der Ebenlagen 4 durch Schnitte 6 möglich, sodass effektiv lediglich die Welllagen 2 eine zusammenhängende Struktur bilden und so die Formung ohne Materialschädigung ermöglichen. Derart ist die bedingte Formbarkeit um die Längsrichtung weiter verbessert und um die Querrichtung überhaupt erst möglich.
4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns 1, umfassend eine Vielzahl von Schlitzen 8 in der Ebenlage 4'.
Die dargestellte Ausführungsform des Wellstegwabenkerns 1 sieht in den Ebenlagen 4' diskret mit so geringem Abstand eingebrachte Schlitze 8 oder anders geartete Perforationen vor, die sich in Zellachsrichtung Z erstrecken, dass diese variabel zur Formung ausgenutzt werden können. Beim Verpressen zum gekrümmten Sandwichbauteil und somit der Formung des Wellstegwabenkerns, wird das derart vorgeschädigte Material der Ebenlage 4'lokal zerstört, indem ausgehend von den Schlitzen 8 ein Risswachstum in Zellachsrichtung Z erfolgt.
Das führt dazu, dass dort effektiv nur noch die Welllagen 2 einen zusammenhängenden Kern bilden. In der Folge verändert sich die S-Form der Welllagen 2, wobei unter Biegung auf der Zugseite diese einer Geraden ähnelt und auf der Druckseite stärker ausgeprägt wird. Somit ergeben sich Dehn- und Stauchreserven des Wellstegwabenkerns 1, was zu seiner Formbarkeit im Sinne der Erfindung führt.
Zur Herstellung eines derartigen Wellstegwabenkerns 1 werden statt einer sonst zumeist durchgängigen, unbeschädigten, ebenen Materialschicht für die Ebenlagen 4' entsprechend vorbereitete Bahnen oder Bögen verwendet. Die Schlitze 8 können zuvor beispielsweise mittels Rotationsstanzen in die Bahnen oder Bögen eingebracht und der Wellstegwabenkern 1 bzw. die Wellpappe als dessen Vorstufe dann auf herkömmliche Weise gefügt werden.
5 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellstegwabenkerns 1 mit ausgewähltem, begrenztem Krümmbereich K und eine perspektivische Ansicht mit Detaildarstellung eines gekennzeichneten Teilbereichs. Durch eine Definition eines Krümmbereichs K, in dem die Flexibilisierung und somit die spätere Formung stattfinden soll, werden die Tennschnitte 6 in den Ebenlagen 4 nur in diesem Krümmbereich K eingebracht. Der Wellstegwabenkern 1 bleibt außerhalb des Krümmbereichs K in seinem ursprünglichen Zustand erhalten und behält seine ursprüngliche Festigkeit bei.
6 zeigt ein Bild eines Wellstegwabenkerns 1 unter Dunkelfeldbeleuchtung in der Draufsicht. Die Konturerkennung von Wabenkernen kann durch eine Bildaufnahme und -auswertung des dargestellten Wellstegwabenkerns 1 erfolgen. Da die meisten Wabenkerne entlang der Zellachsrichtung Z eine gleichbleibende Zellgeometrie aufweisen, ist eine Dunkelfeldbeleuchtung vorteilhaft. Derart können über eine geeignete softwareseitige Auswertung einzelne Wabenstege, Ebenlagen 4, Welllagen 2, ihre Form, Lage und weitere Details für die weitere Verarbeitung genau ermittelt werden.
7 zeigt schematische Draufsichten a) und b) auf zwei Ausschnitte eines Wellstegwabenkerns mit unterschiedlich versetzt zueinander angeordneten Welllagen 2.
Da die Welllagen 2 in Wellstegwabenkernen 1 unterschiedlich zueinander ausgerichtet sein können, bestehen zwei prinzipielle Möglichkeiten deren Anordnung zueinander. Die Anordnungen können bedingt vom Herstellungsverfahren vorgegeben, zufällig oder gezielt eingestellt sein.
Zum einen können sich die Welllagen 2 zusammen mit der dazwischen liegenden Ebenlage 4 in Knotenlinien 10 treffen und zum anderen so versetzt sein, dass immer nur eine Welllage 2 und eine Ebenlage 4 in einer Knotenlinie 10 verbunden sind.
Im ersten Fall gilt es bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ebenlage 4 zwischen den Knotenlinien 10 durch den Schnitt 6 zu durchtrennen. Dies kann, muss aber nicht mittig geschehen. Im zweiten Fall resultieren immer zwei Ebenlagenabschnitte. Ein Durchtrennen beider Abschnitte würde den Wellstegwabenkern 1 erheblich schwächen, da dort lokal der gesamte Wabenkernzusammenhalt verloren gehen würde. Es ist somit immer lediglich ein Abschnitt zu durchtrennen. Wird der längere Abschnitt durchtrennt, wie in Darstellung b) gezeigt, ergibt sich ein geringfügig festerer Wabenkern, demgegenüber aber auch eine etwas weniger stark ausgeprägte Formbarkeit.
8 zeigt schematisch perspektivische Ansichten eines Wellstegwabenkerns 1, in Ansicht a) kurz vor und in Ansicht b) während des Durchtrennens einer Ebenlage 4 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels Laserstrahl 30.
Zum Durchtrennen der Ebenlagen 4 wird ein Laserstrahl 30 mit vorteilhaft leicht angestellter Winkellage zu der zu durchtrennenden Fläche entlang einer Bewegungsrichtung 31 geführt. Das Anstellen und Bewegen des Laserstrahls 30 führt dazu, dass nicht die komplette Höhe des Wellstegwabenkerns auf einmal durchtrennt werden muss, sondern eine wesentlich dünnere Materialschicht (abhängig von der Materialdicke der Ebenlage 4 und dem Anstellwinkel). Derart wird eine geringere Laserleistung benötigt und ein sichererer Schneidprozess ermöglicht.
Bezugszeichenliste

1: Wellstegwabenkern
2: Welllage
4, 4': Ebenlage
6: Trennschnitt, Schnitt
8: Schlitz
10: Knotenlinie
16: Bauteil
30: Laserstrahl, Trennmittel
31: Bewegungsrichtung Laserstrahl
A: erste Achse
K: Krümmbereich
L: Längsrichtung
Q: Querrichtung
Z: Zellenachsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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Claims

Verfahren zur Herstellung eines Wellstegwabenkerns (1), der aus in einer Längsrichtung (L) parallel mit einander zugewandten Oberflächen zugeführten Materialstreifen, die Welllagen (2) und Ebenlagen (4, 4') des Wellstegwabenkerns (1) ausbilden, besteht, wobei die Welllagen (2) und die Ebenlagen (4, 4') wechselweise in einer Querrichtung (Q) in Fügezonen aneinandergefügt werden und in den Fügezonen senkrecht zu einer Ebene, die zwischen der Längsrichtung (L) und der Querrichtung (Q) aufgespannt wird, ausgerichtete Knotenlinien (10) ausbilden, wobei der Wellstegwabenkern (1) um eine erste Achse, die in Längsrichtung (L) verläuft, formbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenlagen (4, 4') wenigstens in einem Krümmbereich (K) um eine in Querrichtung (Q) verlaufende zweite Achse (A) formbar sind oder formbar gemacht werden, sodass ein Wellstegwabenkern (1) resultiert, dessen Formbarkeit in dem Krümmbereich (K) durch die Welllagen (2) bestimmt wird und Dehn- und Stauchreserven für die Formung des Wellstegwabenkerns (1) um die erste Achse und die zweite Achse (A) entstehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ebenlagen (4') formbar gemacht werden, indem der Materialzusammenhalt der Ebenlagen (4') aufgehoben wird, indem bereits vor dem Zusammenfügen mit den Welllagen (2) auf den gesamten Ebenlagen (4') Schlitze (8), Nuten oder Perforationen, deren Länge kleiner ist als die Höhe des Wellstegwabenkerns (1), eingebracht werden und die Ausbildung und Anordnung der Schlitze (8), Nuten oder Perforationen so gewählt sind, dass eine derart erreichte Vorschädigung bei einer Krümmung des Wellstegwabenkerns (1) um die zweite Achse zu einem zumindest teilweisen Durchreißen der Ebenlagen (4') führt, wobei sich die Risse im Wesentlichen quer zur Ebene des Wellstegwabenkerns (1) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Schlitze (8), Nuten oder Perforationen in den Ebenlagen (4') mittels einer Rotationsstanze hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ebenlagen (4) formbar gemacht werden, indem der Materialzusammenhalt der Ebenlagen (4) durch in die Ebenlagen (4) eingebrachte Trennschnitte (6) aufgehoben wird, wobei jeweils in einem Bereich zwischen den Knotenlinien (10) und ausgehend von wenigstens einer ersten Breitseite des Wellstegwabenkerns (1) die Trennschnitte (6) parallel zu den Knotenlinien (10) oder schräg zu den Knotenlinien (10) in Richtung der gegenüberliegenden Breitseite zu den Knotenlinien (10) eingebracht wird, wobei die Ebenlagen (4) durch die Trennschnitte (6) zumindest teilweise getrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei in der Nähe beider Knotenlinien (10) jeweils ein durchgehender Trennschnitt (6) eingebracht und ein Abschnitt der Ebenlage (4) herausgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Trennschnitte (6) mittels eines der Trennmittel (30) Laserstrahl, Wasserstrahl, Erosionsvorrichtung oder Messer hergestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei der Wellstegwabenkern (1) in seiner Struktur mittels eines bildgebenden Verfahrens analysiert und das Ergebnis der Analyse zur Positionierung und Führung des Trennmittels (30) in Bezug zu der Ebenlage (4) und den Knotenlinien (10) herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei als bildgebendes Verfahren eine Dunkelfeldbeleuchtung vorgenommen wird, bei der durch Beleuchtung im Wesentlichen parallel zu einer Breitseite der Verlauf der Welllage (2) und der Ebenlage (4), die als zweidimensionale Struktur hervortreten, analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine Bildaufnahme mittels Linienscanner oder einer gängigen Kamera erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, umfassend die Verfahrensschritte • Anordnen des Wellstegwabenkerns (1) auf einem Bearbeitungstisch, • Beleuchtung des Wellstegwabenkerns (1) mittels Dunkelfeld, • Aufnahme eines Bildes der Zellstruktur, • Zellstege von Welllage (2) und Ebenlage (4) werden von einer Software erkannt, • Vorgabe eines zu flexibilisierenden Bereichs und • Trennung des Stoffzusammenhalts der Ebenlagen (4) in dem zu flexibilisierenden Bereich durch einen Laserstrahl.
Wellstegwabenkern, der aus in einer Längsrichtung (L) parallel mit einander zugewandten Oberflächen verlaufenden Materialstreifen, die Welllagen (2) und Ebenlagen (4, 4') des Wellstegwabenkerns (1) ausbilden, besteht, wobei die Welllagen (2) und die Ebenlagen (4, 4') derart wechselweise in einer Querrichtung (Q) in Fügezonen aneinandergefügt sind und im Wellstegwabenkern (1) in Zellachsrichtung (Z) senkrecht zu einer Ebene, die zwischen Längsrichtung (L) und Querrichtung (Q) aufgespannt wird, ausgerichtet vorliegen, dass die Fügezonen in Zellachsrichtung (Z) verlaufende Knotenlinien (10) ausbilden, wobei der Wellstegwabenkern (1) um eine erste Achse, die parallel zu der Längsrichtung (L) der Ebenlagen (4, 4') verläuft, formbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebenlagen (4, 4') wenigstens in einem Krümmbereich (K) um eine in Querrichtung (Q) verlaufende zweite Achse (A) formbar sind, sodass ein Wellstegwabenkern (1) resultiert, dessen Formbarkeit in dem Krümmbereich (K) durch die Welllagen (2) bestimmt wird und Dehn- und Stauchreserven für die Formung des Wellstegwabenkerns (1) um die erste Achse und die zweite Achse (A) entstehen.
Wellstegwabenkern nach Anspruch 11, wobei die Ebenlagen (4, 4') dadurch formbar sind, dass sie nach einer ersten Ausführungsform aus einem dehnbaren Material bestehen, oder nach einer zweiten Ausführungsform der Materialzusammenhalt der Ebenlagen (4') durch zumindest im gesamten für eine Formung vorgesehenen Bereich der Ebenlagen (4') kontinuierlich eingebrachte Schlitze (8), Nuten oder Perforationen, deren Länge kleiner ist als die Höhe des Wellstegwabenkerns (1), aufgehoben ist, oder nach einer dritten Ausführungsform der Materialzusammenhalt der Ebenlagen (4) durch Trennschnitte (6) in einem Bereich zwischen den Knotenlinien (10) aufgehoben ist, wobei die Trennschnitte (6) im Wesentlichen in der Ausrichtung der Knotenlinien (10) verlaufen und die Ebenlagen (4) zumindest teilweise trennen.
Verwendung eines Wellstegwabenkerns als Kernschicht eines Sandwichbauteils, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellstegwabenkern (1) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist und die Kernschicht eines doppelt gekrümmt herstellbaren Sandwichbauteils bildet.
Bauteil, umfassend wenigstens einen Wellstegwabenkern (1) gemäß Anspruch 11 oder 12 als Kernschicht.