DE10252207B3 - Formteil als Kern eines Sandwichs - Google Patents

Abstract

Offenbart ist ein Formteil als Kern eines Sandwichs, das durch wechselseitige Ausbildung von aneinander grenzenden Höckern und Bildung einer Zwischenfläche eine besonders gute Eignung für den Bau eines Sandwichkerns aufweist. DOLLAR A Durch die besondere Bauart dieses Formteils kann die Herstellung vereinfacht und durch die verbesserten und gleichmäßigeren Umformeigenschaften die zu erreichende Bauhöhe vergrößert werden.

Description

• Sandwichplatten weisen ein Höchstmaß an Steifigkeit auf. Sie werden aus Deckplatten hergestellt, die über einen Kern möglichst schubsteif miteinander verbunden werden. Der Kern wird dabei häufig mit Kunststoff ausgefüllt oder es wird die bekannte Honeycomb-Wabe verwendet, die i.d.R. aus Aluminium besteht.
• Weitere Baustrukturen, die als Sandwichkern eingesetzt werden sind aus DE-OS 1659119 und DE 3900166 A1 bekannt. Hier wird ein Blech durch wechselseitig einprägende zylinderförmige Stempel verschiedenster Grundformen umgeformt. Es entstehen zu beiden Seiten hin ausgeprägte flache Spitzen, auf denen ein Deckblech angebunden wird. Zwischen den Zylinderstempeln bilden sich Freiformflächen, die sich frei zwischen den jeweiligen hoch- und runterdrückenden Stempeln ausbilden. Für wirkmedienbasiertes Umformen mittels Vakuum oder Wasserdruck können diese Bauarten und Verfahren nicht verwendet werden, da die Geometrie nicht durch eine Matrix vorgegeben wird.
• In DE 10101059 A1 wird ein aus einer Mittelebene heraus wechselseitig geprägtes Blech mit Zylinderformen versehen, das mehrfach aufeinander gesetzt als Brennstoffzelle Einsatz finden soll. Weitere polygonale Höckerausbildungen sind in DE 10119610 A1 gezeigt. Hier muss das beschriebene Formteil geometrisch so ausgefegt sein, dass weitere gleich hergestellt Formteile sich anfügen lassen, um als Wärmetauscher oder Crashelement zu wirken.
• In US 4631221 , US 3865679 und in US 3561177 wird je ein Formteil gezeigt, das einseitig aus einer Basisfläche herausgeprägte Höcker aufweist. Dabei bleibt einseitig eine durch Höckerausbuchtungen unterbrochene Basisfläche erhalten, an der das eine Deckblech angebunden wird. Das zweite Deckblech wird an den Höckertiefflächen aufgesetzt, so das dieser Kern ein unsymmetrisches Verhalten aufweist und durch diese Geometrievorgabe die Unterstützungspunkte für das Deckblech in sehr großem Abstand liegen. Des weiteren bilden sich einseitig abgeschlossene Hohl räume, die bei Luftausdehnung das aufgesetzte Deckblech ausbeulen können. In DE-PS 1123817 wird ein ähnlich hergestelltes Bauteil alleinig ohne Deckbleche verwendet, da die dort beschriebene Form bereits eine Versteifung bewirkt.
• In DE 3206163 A1 wird ein wechselseitig ausgeprägtes Bauelement gezeigt, das z.B. als Abstandhalter für Stabstahl im Betonbau und als Mauerschutz verwendet wird. Dieses Element ist mit Öffnungen bzw. Durchgängen versehen, damit der Baustoff (z.B. Beton) in die Hohlräume eindringen kann.
• Einem anderen Prinzip folgend sind die Patente US 3914486 , US 2481046 und US 2809908 zu finden. Hier werden Geometrien beschrieben, die durch wechselseitige Ausformung aus einer Basisebene heraus einen Kern eines Sandwichs bilden, ohne dass von dieser Ausgangsebene ein ebener Flächenanteil erhalten bleibt. Jegliches Material wird nach oben und unten ausgebildet, so dass lediglich ein Schnittpunkt der Knickfalten in Höhe der Ausgangsebene übrig bleibt.
• Alle obig aufgeführten Varianten haben entweder den Nachteil, dass sie nicht ausreichend steif als Sandwichkern wirken, da zu wenig ausfachendes Material im Kern vorhanden ist, das Kernformteil unsymmetrisch aufgebaut ist, die Werkzeuge durch die scharfen Kanten nur sehr aufwendig hergestellt werden können und dass die gebildeten Formen zu scharfkantig sind. Die Umformbarkeit des verwendeten Materials erlaubt damit nur eine geringe Tiefe. Gerade aber die zu erreichende Bauhöhe und die Anzahl der eingebrachten Verstrebungen ist von entscheidender Bedeutung für die Steifigkeit eines Sandwichs. Hier sind allen obigen Ansätzen Grenzen gesetzt.
• Aufgabe der Endung ist es daher, die obigen Nachteile bisheriger Konstruktionen durch eine verbesserte Formgebung des ausfachenden Kernformteils zu beseitigen und die Umformung so zu verbessern, dass die Formen weniger scharfkantig sind und damit eine größere Tiefe und eine engere Anordnung der Verstrebungen erreicht werden kann, was die Steifigkeit des Sandwichs erhöht.
• Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst: Wird die Form des Sandwichkerns so gewählt, dass wechselseitig senkrecht zur Sandwichebene Höcker ausgebildet werden und im Zwischenbereich der wechselseitigen Höcker ein Flächenanteil als Zwischenfläche erhalten bleibt, wird zum einen die Herstellbarkeit der Form vereinfacht und zum zweiten das umzuformende Material gleichmäßiger beansprucht, womit tiefere Strukturen eingebracht werden können. Die Hälfte der Seitenflächen der wechselseitig ausgebildeten Höcker bilden dabei eine eben durchgehende Fläche, die von den Rändern der Tiefpunktfläche der nach unten gebildeten Höcker bis zu den Rändern der Hochpunktfläche der nach oben stehenden Höcker verläuft. Die zweite Hälfte der Seitenflächen der nach oben und unten ausgebildeten Höcker, grenzen an die Zwischenfläche, die sich zwischen den außen liegenden Hoch- und Tiefflächen befindet. Im Grenzfall der senkrecht stehenden Seitenwände der ausgebildeten Höcker bildet die Zwischenfläche das nötige Bindeglied zwischen den beiderseitig hervorstehenden Höckern. Es kann somit immer auch eine symmetrische Form gebildet werden. Die Höckerhoch- und Tiefflächen liegen parallel zur mittleren Ebene des Sandwichs. Dieses so gebildete Kernformteil lässt sich problemlos krümmen und erlaubt somit auch die Bildung räumlich geformter Sandwichplatten, indem die Deckplatten nachträglich an dem gekrümmten Kernformteil angebracht werden.
• Diese Zwischenflächen vereinfachen erheblich den Herstellungsprozess der Matrix (Werkzeug), da sie weniger scharfkantig ist – die Knickwinkel der auszubildenden Flächen werden verkleinert – und somit mit den üblichen Bearbeitungsmöglichkeiten z.B. einem Radienfräser gefertigt werden kann. Für das z.B. mittels Wirkmedien in diesen Matrizen ausgeformte Plattenmaterial ergibt sich ein gleichmäßigeres Streckverhalten, was zu gleichmäßigeren Dickenverteilungen, tieferen Ausprägungen und zu einer verringerten Rissgefahr des auszuformenden Formteils führt. Die Herstellung dieses Kernformteils durch Wirkmedienumformung in Matrizen kann sowohl von einer Seite aus in ein Werkzeug, wie auch beidseitig durch zwei einfassende Werkzeuge erfolgen. Dabei muss jedoch in allen Fällen eine vollständige Formvorgabe durch die Werkzeuge erfolgen, um die ebenen durchgehenden Flächen in der Hälfte der Höckerseitenwände sowie die zweite Hälfte der Höckerseitenwände inkl. einer definierten Lage der Zwischenfläche zu erzielen. Die Herstellung kann sowohl auf ebenen Werkzeugen, wie auch z.B. über Vakuumtiefziehen auf Walzen erfolgen, da sich das so erzeugte Kernformteil wieder problemlos zurück in eine ebene Lage bringen lässt.
• Das so erzeugte Formteil hat auf beiden Außenseiten jeweils in einer Ebene liegende Höckertief- und Hochflächen, auf denen Deckplatten großflächig und mit enger Unterstützung angebunden werden. Beidseitig zwischen dem Kernformteil und den Deckplatten, entstehen miteinander kommunizierende Hohlräume, die einen Luftdruckausgleich innerhalb der Platte ermöglichen.
• Die Neigung der Höckerseitenflächen, sowie die Größe der Zwischenfläche und die Größe der außen liegenden Höckerhoch- und Tiefflächen lassen sich unter Wahrung dieses Bauprinzips frei variieren und somit dem Umformverhalten des Plattenmaterials anpassen.
• Als Materialien für das Kernformbauteil sind alle umformbaren Materialien wie z.B. Metalle, Kunststoffe oder auch Papiere, Flachsfasern u.ä. möglich. Selbst glas- oder kohlefaserverstärkte Materialien sind denkbar.
• Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert, die folgendes zeigen:
• 1 zeigt eine sechseckige Höckerausführungsform eines Kernformteils inklusive der Deckplatten in räumlicher Ansicht. Die ebenen Hoch (1) – und Tiefflächen (2) der wechselseitig ausgebildeten Höcker liegen parallel zur Sandwichebene. Die Hälfte der 6 Seitenwände (4) der Sechseckhöcker bilden mit den korrespondierenden Seitenwänden der anliegenden entgegengesetzt ausgebildeten Höcker ebene Flächen (4). Die zweite Hälfte der Seitenwände (5) grenzen immer an die Zwischenflächen (6), die hier das Bindeglied der noch oben und unten wechselnden Seitenflächen (5) darstellen. An den Höckerhochflächen (1) wird die obere Deckplatte (7) und an den unten liegenden Höckertiefflächen (2) die untere Deckplatte (3) flächig angebunden.
• 2 zeigt eine räumliche Ansicht eines Kernformteils inklusive der Deckplatten für viereckige Hoch – und Tiefflächen der Höcker. Die Zwischenflächen (6) sind ebenfalls als Vierecksfläche ausgebildet, so dass sich für die Hälfte der Höckerseitenflächen, die an diesen Zwischenflächen (6) angrenzen, Dreiecksflächen (5) ergeben. Die Bezeichnungsnummern sind analog zur 1 benannt.
• 3 zeigt eine räumliche Ansicht eines Kernformteils inklusive der Deckplatten für dreieckige Hoch – und Tiefflächen der Höcker. Hier sind die Zwischenflächen (6) als Sechsecke ausgebildet. Zur besseren räumlichen Anschauung wurden die Hoch- und Tiefflächen der Höcker kreuzschraffiert. Dies sind die Flächen, an denen die Deckplatten flächig angebunden sind ((1) mit (7) und (2) mit (3)). Die Hälfte der Höckerseitenwände, die an den Zwischenflächen (6) angrenzen, sind als Dreiecke (5) ausgebildet. Die Bezeichnungsnummern sind analog zur 1 benannt.

Claims (5)

1. Formteil als Kern eines Sandwichs, – bestehend aus senkrecht zur mittleren Ebene des Sandwichkerns wechselseitig ausgebildeten Höckern, – wobei jeweils die Hälfte der Höckerseitenflächen der wechselseitig ausgebildeten aneinandergrenzenden Höcker eine ebene Fläche ausbilden, die zwischen den Rändern der Höckertiefflächen der nach unten ausgebildeten Höcker und den korrespondierenden Rändern der Höckerhochflächen der nach oben ausgebildeten Höcker geformt wird – und die zweite Hälfte der Höckerseitenflächen der wechselseitig ausgebildeten nebeneinander liegenden Höcker an einer Zwischenfläche angrenzen, die zwischen den beiden durch die Hoch- und Tiefpunktflächen der Höcker gebildeten Außenebenen angeordnet ist – und beidseitig dieses Kernformteils, an den jeweils in einer parallelen Ebene liegenden Hoch- und Tiefflächen der Höcker, Deckplatten angebunden sind.
2. Formteil als Kern eines Sandwichs nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hoch- und Tiefflächen der Höcker aus Dreiecken, Vierecken, Sechs- oder Achtecken bestehen.
3. Formteil als Kern eines Sandwichs nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höckerform durch Variation der Flankenwinkel der Höckerseitenflächen, der Hoch- und Tiefflächen sowie der Zwischenfläche auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
4. Formteil als Kern eines Sandwichs nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höckerform durch zusätzlich eingebrachte Ausrundungen, Fasen oder dergleichen modifiziert wird.
5. Formteil als Kern eines Sandwichs nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernformteil durch Kleben, Siegeln, Schweißen, Nieten oder Löten an den Hoch- und Tiefflächen der Höcker mit den Deckplatten verbunden wird.