DE1233707B

DE1233707B - Honigwabenartige Struktur aus uebereinanderliegenden Materialstreifen und Verfahren z u ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1233707B
Application number: DEH50977A
Authority: DE
Inventors: Kenneth Milton Holland
Original assignee: Hexcel Products Inc
Current assignee: Hexcel Products Inc
Priority date: 1962-12-18
Filing date: 1963-11-28
Publication date: 1967-02-02
Also published as: US3227600A; GB1075858A

Description

Honigwabenartige Struktur aus übereinanderliegenden Materialstreifen und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine honigwabenartige Struktur aus übereinanderliegenden Materialstreifen, die in eine einfache gekrümmte Form auseinandergezogen werden kann, und auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur.
Es sind honigwabenartige Strukturen bekannt, die nach dem Auseinanderziehen vielzellige Form haben und dann aus mehreren gewellten oder sinus artig gekrümmten Streifen aus flachem Material, wie beispielsweise Papier, Metall, harzgetränktem Gewebe, Kunststoff od. dgl. bestehen, wobei die Streifen an ihren Berührungs- oder Anlagepunkten miteinander verbunden sind. Honigwabenartige Strukturen wurden bisher aus flachen Streifen hergestellt, und wenn auf solche Streifen eine Biegekraft ausgeübt wird, um die Streifen zu einer Krümmung entlang einer Hauptlinie auszuziehen, dann tritt eine antielastische Kraft auf, die die Bildung einer Krümmung zur Folge hat, die sich entlang einer anderen Hauptlinie senkrecht zur Achse des Materials erstreckt.
Das ist beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2668327 beschrieben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine honigwabenartige Struktur in eine Struktur mit einfacher Krümmung umzubilden, bei welcher 1. das Material keine antielastischen Eigenschaften hat, 2. das Material bei der Umformung in gekrümmte Strukturen nicht bricht, 3. das Material solche physikalischen Eigenschaften hat, daß es in übereinanderliegenden Schichten verwendet werden kann zwecks Erzielung eines guten Verhältnisses Festigkeit zu Gewicht, 4. zwecks Umformung keine übermäßig große Materialmengen verwendet werden muß.
Die erfindungsgemäße Struktur ist leicht in enge Krümmungen auseinanderzuziehen und hat physikalische Eigenschaften, die vergleichbar sind mit üblichen honigwabenartigen Strukturen in flacher Form.
Die Erfindung geht aus von einer Struktur mit übereinanderliegenden Materialstreifen, die durch versetzt zueinander angeordnete Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstreifen gewellt sind, und daß die Verbindungsstellen im Bereich mindestens jedes zweiten Wellenscheitels angeordnet sind, so daß bei auseinandergezogener Struktur eine honigwabenartige Struktur entsteht. Zweckmäßig sind die Materialstreifen so gewellt und die Verbindungs- stellen so angeordnet, daß bei auseinandergezogener Struktur wenigstens sechs Zellenseiten in einem Innenwinkel von weniger als 1800, dagegen wenigstens zwei Innenseiten in einem Innenwinkel von mehr als 1800 zur benachbarten Zellenseite liegen.
Die Materialstreifen der Struktur werden vor dem Auseinanderziehen gewellt und mindestens an jedem zweiten Wellenscheitel miteinander verbunden. Jeder Materialstreifen kann Wellungen verschiedener Höhe haben, und es kann jeweils ein höherer Wellenscheitel mit einem niedrigeren Wellenscheitel eines benachbarten Streifens verbunden werden.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt schaubildlich eine nicht ausgezogene honigwabenartige Struktur; Fig. 2 zeigt die Struktur nach Fig. 1 in auseinandergezogenem Zustand; F i g. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab die gewellten Materialstreifen vor ihrer Verbindung; Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab die miteinander verbundenen, aber noch nicht auseinandergezogenen Materialstreifen; F i g. 5 zeigt die auseinandergezogenen honigwabenartige Struktur; F i g. 6 zeigt das Wellen der Materialstreifen; Fig.7 zeigt das Aufbringen des Klebstoffs auf einen vorgewellten Materialstreifen; Fig. 8 zeigt mehrere übereinanderliegende und miteinander verbundene Materialstreifen in nicht ausgezogener Fom; F i g. 9 zeigt den Streifen nach F i g. 8 in auseinandergezogener Form; Fig. 10 zeigt im Querschnitt, wie sich bei übereinanderliegenden Wellungen eine Nichtanpassung der Wellen ergeben kann; Fig. 11 zeigt eine auseinandergezogene honigwabenartig Struktur von vorn.
Die nicht auseinandergezogene honigwabenartige Struktur 14 ist gemäß F i g. 1 mit ihren Stegen mit steifen Seitenteilen 12, 13 verbunden. Alle Materialstreifen sind gleich vorgewellt, d. h. haben die gleiche zickzackartige Wellenlinie, so daß die jeweiligen Scheitel- und Fußpunkte ineinanderliegen. Bestimmte Scheitelpunkte benachbarter Materialstreifen werden, wie weiter unten beschrieben, miteinander verbunden, so daß die benachbarten Streifen voneinander getrennt werden können.
Wird die Struktur auseinandergezogen, so entfalten sich die Materialstreifen und bilden eine Reihe hohler vielwinkliger Zellen. Haben, wie üblich, die Materialstreifen alle die gleiche Länge, dann ist die sich ergebende honigwabenartige Struktur rechtwinklig und hat Seitenkanten 15, 16 (F i g. 2).
Gemäß den Fig. 3 und 4 hat jeder Materialstreifen mehrere über die ganze Streifenlänge verteilte V-förmige Wellungen. Der Streifen 21 hat beispielsweise mehrere abwechselnde Scheitel- und Fußpunkte, die mit 30 bis 36 bezeichnet sind. Diese Scheitel- und Fußpunkte sind durch abwechselnd sich nach unten und nach oben erstreckende flache Streifenteile oder Segmente miteinander verbunden, die mit 41 bis 46 bezeichnet sind. Alle weiteren Streifen 22 bis 24 der Struktur sind ebenso wie der Streifen 21 gewellt, und ebenso sind abwechselnde Scheitel- und Fußpunkte vorhanden, die untereinander durch flache Streifenabschnitte verbunden sind. Die entsprechenden Teile der Streifen 22 bis 24 sind ebenso wie beim Streifen 21 bezeichnet unter Hinzufügung der Buchstaben a, b und c.
Jeder Materialstreifen ist mit dem benachbarten Materialstreifen an jedem zweiten Scheitelpunkt verbunden, und die benachbarten Streifen sind an gegeneinander versetzten Scheitelpunkten miteinander verbunden. So ist beispielsweise der Streifen 21 an seinen Scheitelpunkten 30 und 34 mit dem Teil 12 verbunden und steht mit den Scheitelpunkten 32 und 36 mit dem Teil 12 nur in Berührung, ohne aber mit diesem Teil verbunden zu sein. Der Streifen 22 ist mit dem Streifen 21 an den Scheitelpunkten 32, 32a und 36 verbunden, und diese Verbindungspunkte sind hinsichtlich der Verbindungspunkte 30 und 34 versetzt. Der Materialstreifen 32 ist mit dem benachbarten Streifen 23 an den Punkten 30a, 30b und 34 a, 34b verbunden, und diese Verbindungspunkte liegen versetzt zu den Verbindungspunkten 32, 32 a und 36, 36 a. Der Materialstreifen 24 ist mit dem Streifen 23 an den Scheitelpunkten 32 b, 32 c und 36 b, 36c verbunden, die versetzt zu den Punkten liegen, wo der Streifen 23 mit dem Streifen 22 verbunden ist. Ein solches Muster abwechselnder Verbindungspunkte erstreckt sich über die ganze Struktur.
Eine solche honigwabenartige Struktur aus mehreren miteinander verbundenen gewellten Materialstreifen kann in eine offene zellenartige Struktur, wie in Fig. 5 dargestellt, auseinandergezogen werden.
Dieses Auseinanderziehen kann erfolgen durch Ziehen der Endstege, die mit den Teilen 12 und 13 verbunden sind. Wenn die Struktur in Richtung des Pfeiles F auseinandergezogen wird, dann trennen sich die Streifen entlang benachbarter Oberflächenbereiche, die nicht miteinander verbunden sind, und die Streifen entfalten sich und bilden eine Reihe gleichgeformter Zellen, wobei jede Zelle aus acht hauptsächlichen Wandbereichen besteht. Die F i g. 5 zeigt beispielsweise eine auseinandergezogene Zelle 50, die besteht aus flachen Abschnitten 43, 44, 45 und 46 des Streifens21 und aus Abschnitten 43 a, 44 a, 45 a, 46a des benachbarten Streifens 22. Am Punkt 34 a, wo der Streifen 22 mit dem Streifen 23 verbunden ist, befindet sich ein Vorsprung 51. Die vielwinklige Form der Zellen hat zusammen mit den Vorsprüngen 51 an den Verbindungspunkten eine ausgezeichnete Festigkeit in der Zellenrichtung.
Wird die Struktur in'eine flache Ebene auseinandergezogen, dann erstrecken sich alle einzelnen Zellenachsen in einer einzigen oder in einer parallelen Richtung, und alle Streifen und Falten an den Scheitel- und Fußpunkten bleiben parallel zueinander. Die zellenartige Struktur formt sich aber in Krümmungen und bildet einfache und verengte gekrümmte Körper, ohne daß sich antielastische Eigenschaften ergeben, wie das bisher der Fall war. Beim Biegen des Materials unterliegen die einzelnen Streifen verwickelten Beanspruchungen und Kräften, die bestrebt sind, die Zellenachsen wieder aus der parallelen Ausrichtung herauszubringen, und die die Scheitel- und Fußpunkte in eine zueinander schräge Lage bringen. Beispielsweise unterliegen die Zellenwandbereiche 41 bis 46 zwischen den festen Verbindungspunkten verwickelten Torsionskräften und verbiegen sich derart, daß sich das Material selbst den Krümmungen anpaßt. Die Zellenstruktur ist so, daß sich die Streifen zu ziemlich scharfen Krümmungsradien verbiegen können, ohne daß sie dabei zerdrückt werden und ohne daß davon die Verbindungspunkte der Streifen beeinflußt werden.
Ein Vorteil der Erfindung ist, daß die Honigwaben nach Auseinanderziehen zu Zellen ihre Breite beibehalten, und zwar zu etwa 0,92 bis 0,90 ihrer ursprünglichen Breite in nicht auseinandergezogenem Zustand. Bei bekannten sechseckigen honigwabenartigen Konstruktionen betrug diese Breite nur 0,75 der Originalbreite der nicht auseinandergezogenen Struktur. Die größere Breite ist beispielsweise von Vorteil, wenn eine Honigwabenstruktur innerhalb eines bestimmten rechtwinkligen Bereiches auseinandergezogen werden soll, beispielsweise innerhalb eines hohlen Türrahmens.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Endstege der Streifen mit den festen Teilen 12, 13 verbunden, aber eine solche Verbindung braucht nicht immer vorhanden zu sein.
Wenn im vorhergehenden von Materialstreifen die Rede ist, so sollen darunter rechteckige Abschnitte eines Streifenmaterials verstanden sein, das so gewellt und versetzt miteinander verbunden werden kann, daß sich eine blockartige Struktur ergibt, von der dünnere Abschnitte abgesägt oder abgetrennt werden können, die dann eine bestimmte Dicke haben. Die Bildung solcher Strukturen ist an sich bekannt und beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2734843 beschrieben. Statt der spitzen, in den Zeichnungen gezeigten Wellungen und statt der scharfen Scheitel- und Fußpunkte können die Streifen auch mehr runde und flache oder sinusartige Wellungen haben. Auch können die Wellungen abwechselnd eine verschiedene Wellenlänge oder Form haben, nur müssen die Wellungen benachbarter Rippen ineinanderliegen und es ermöglichen, benachbarte Streifen an jedem zweiten Scheitelpunkt miteinander zu verbinden.
Die Fig. 6 bis 11 zeigen eine Abwandlung der Erfindung, wobei berücksichtigt ist, daß bei verhältnismäßig starren und dicken Materialstreifen sich Herstellungsschwierigkeiten ergeben können wegen der Dimensionsunterschiede an der Zwischenfläche zwischen den ineinanderliegenden Wandungen. Die Dimensionen an der einen Fläche der Wandung sind größer als an der anderen Fläche, und zwar um einen Betrag gleich der Dicke des Streifens. Infolgedessen ergibt sich bei Ineinanderliegen gleicher Wellungen keine genaue Passung, so daß sich der Verbindungspunktbereich zwischen den schrägen Seitenflächen in senkrechter Richtung verschiebt. Die beiden benachbarten Streifen berühren sich dann also nur mit den schrägen Seitenwänden. Dies wird bei der Ausführungsform nach den Fig. 6 bis 11 dadurch vermieden, daß mehrere Streifen mit abwechselnd kurzen und langen Wellungen gewellt werden, wobei die Flächen der langen Wellungen so geformt sind, daß sie in den Flächen der kurzen Wellungen aufgenommen werden, wenn die Streifen zusammengefügt werden. Dabei kann dann eine Nichtpassung nur an den schrägen Seitenwandungen vorkommen, aber nicht im Verbindungspunktbereich.
Fig. 6 zeigt, wie ein flacher Streifen 112 vorgewellt wird, indem der Streifen durch ein Rollengesenk geführt wird, das zwei Räder 113, 114 hat, so daß das Material in abgerundete Dreiecksform gewellt wird. Bei einer der Rollen 113 haben alle Zähne die gleiche Größe. Die Zähne der zweiten Rolle 114 haben abwechselnd lange Zähne 115 und kurze Zähne 116. Dadurch entstehen Streifen mit abwechselnden längeren und kürzeren Wellungen.
Aus F i g. 7 ist ersichtlich, daß die Basen 122 und 126 zwischen den Wellungen unter sich in einer Ebene ausgerichtet sind. Die Scheitel 120 und 124 sind in höher bzw. niedriger gelegenen Ebenen ausgerichtet.
Der Scheitel 120 der langenWellung gemäß Fig. 7 liegt zwischen zwei sich nach unten erstreckenden auseinanderlaufenden Seitenwandungen 119, 121. Die benachbarte kürzere Wellung hat einen Scheitel 124 mit zwei sich nach unten erstreckenden auseinanderlaufenden Seitenwandungen 123, 125. Die kürzere Wellung ist mit den beiden benachbarten längeren Wellungen durch die Basen 122, 126 verbunden, und diese Basen liegen zwischen den schrägen Wandungen. Die schrägen Wandungen 123 und 125 der kurzen Wellung verlaufen im gleichen Winkel wie die schrägen Wandungen 119 und 121 der langen Wellungen, sind aber kürzer.
Vor Zusammenlegen der Streifen, wie in Fig. 8 gezeigt, kann an bestimmten Verbindungspunkten ein Klebstoff aufgebracht werden. Dies kann durch eine Rolle geschehen, bei der ein bestimmter Klebstoffbetrag einer Verteilerrolle 131 zugeführt wird und von dort auf eine Auftragrolle 132 übergeleitet wird, wobei beide Rollen sich drehen. Die Auftragrolle 132 wird dann über die Scheitel der langen Wellungen geleitet. Da auf diese Weise nur die Scheitel der langen Wellungen mit Klebstoff belegt werden, brauchen keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden, um einen Klebstoffauftrag auf den dazwischenliegenden kurzen Wellungen zu verhindern, vielmehr liegen diese kurzen Wellungen unter der Auftragrolle, kommen also mit dieser nicht in Berührung.
Der Klebstoffauftrag kann so geregelt sein, daß auch andere Streifenmuster mit gleichem Abstand mit Klebstoff belegt werden können. Beispielsweise kann nur jede sechste lange Wellung mit Klebstoff belegt werden, nur muß dabei das Muster der gleichen Struktur gleich sein. Die Verwendung einer Vorrichtung zum Auftragen von Klebstoff ist nur ein Beispiel für die Verbindung, es können auch mechanische Befestigungen, Verschweißung, Verlötung und Vernietung angewendet werden.
Bei den zusammengelegten und miteinander verbundenen Streifen gemäß Fig. 8 liegen die langen Wellungen innerhalb der kurzen Wellungen bzw. umgekehrt. Jede der Streifenlagen ist mit den Bezugszeichen a, b, c versehen.
Der Einfachheit und Klarheit halber ist in den Fig. 7, 8, 9 und 11 der Streifen mit den Lagen durch eine einzige Linie dargestellt, während in den F i g. 6 und 10 der Streifen durch zwei Linien dargestellt ist.
In der mittleren Lage b liegen die kurzen Wellungen innerhalb der langen Wellungen, und die langen Wellungen ihrerseits liegen in den kurzen Wellungen der oberen Lage a. Bei den langen Wellungen der Lage b, die in den kurzen Wellungen der Lage a liegen, hat die konvexe Fläche der langen Wellungen eine solche Form und Abmessung, daß der flache Scheitel 120 b und die auseinanderlaufenden Seitenwandungen 119 b und 121 b in den konkaven Flächen der kurzen Wellungen liegen, wobei die letzteren aus dem Scheitel 124 a und aus den auseinanderlaufenden Seitenwandungen 123 a und 125 a bestehen. Da die Teile 119b und 121 b länger sind als die Teile 123 a und 125 a, liegen die Basen 122 a und 126 a in einem vertikalen Abstand voneinander, der ungefähr gleich dem Höhenunterschied der langen und der kurzen Wellungen ist. Auch die kurzen Wellungen der Lage b, die in den langen Wellungen des oberen Streifens liegen, haben in vertikaler Richtung einen gleichen Abstand.
Die Scheitel 124 der kurzen Wellungen sind deshalb breiter, damit sie die Scheitel 120 der kurzen Wellungen aufnehmen können, ohne daß amKnotenpunkt ein Spalt entsteht.
Auch wenn andere Wellenformen verwendet werden, beispielsweise V-fönnige Wellungen, wechseln die einzelnen Wellungen ab zwischen kurzen und langen Wellungen.

Claims

Patentansprüche: 1. Honigwabenartige Struktur aus übereinanderliegenden Materialstreifen, die durch versetzt zueinander angeordnete Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Materialstreifen ge wellt sind und daß die Verbindungsstellen im Bereich mindestens jedes zweiten Wellenscheitels angeordnet sind, so daß bei auseinandergezogener Struktur eine honigwabenartige Struktur entsteht.
2. Honigwabenartige Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialstreifen so gewellt und die Verbindungsstellen so angeordnet sind, daß bei auseinandergezogener Struktur wenigstens sechs Zellenseiten in einem Innenwinkel von weniger als 1800, dagegen wenigstens zwei Innenseiten in einem Innenwinkel von mehr als 1800 zur benachbarten Zellenseite liegen.
3. Verfahren zum Herstellen von Strukturen nach Anspruch 1, durch Übereinanderlegen mehrerer an gegeneinander versetzten Stellen mit- einander verbundener Streifen und anschließendem Auseinanderziehen der Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen vor dem Auseinanderziehen gewellt und mindestens an jedem zweiten Wellenscheitel miteinander verbunden werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen mit Wellungen verschiedener Höhe ausgebildet wird, und jeweils ein höherer Wellenscheitel mit einem niedrigeren Wellenscheitel des benachbarten Streifens verbunden wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 858 224; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 114374.