DE19508421A1

DE19508421A1 - Laminated low weight high strength construction panel for machines, motor vehicles and aircraft

Info

Publication number: DE19508421A1
Application number: DE1995108421
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr Ing Schrem; Martin Dipl Ing Gringel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1995-03-09
Publication date: 1996-09-12

Abstract

A lightweight laminated panel has a main section (1) that is formed with a ribbed structure (4). The ribbed structure of the plates can be formed by laser cutting on a profiling machine. The top and bottom surfaces are covered with thin layers of metal that can be laser welded together along the points of contact. Once the laminated panels have been produced they can be formed into a number of shapes. For example, a box section of high strength and low weight can be used as the basis of a machine guideway.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leichtbauelement in Blechverbundbauweise, bestehend aus einer Rippenplatte im Verbund mit zwei beidseitig angeordneten Deckplatten, die durch die Rippenplatte auf Distanz gehaltenen werden und auch variable Dicke aufweisen und ge krümmt sein können, welches die Vorteile der Sandwichplatte, der verrippten Schale und der Mehrschichtverbundschale verbindet und deren jeweilige Nachteile vermeidet, insbe sondere zum Einsatz als Leichtbauhalbzeug für die wirtschaftliche Fertigung von steifen Blechleichtbauteilen für den Maschinen-, Kraftfahrzeug- und Flugzeugbau mit hoher Pri märsteifigkeit (Biege- und Torsionssteifigkeit), Sekundärsteifigkeit (Formstabilität) und Tertiärsteifigkeit (Steifigkeit an Krafteinleitungsstellen).The invention relates to a lightweight sheet metal construction element consisting of a Ribbed plate combined with two cover plates arranged on both sides, which are separated by the Rib plate are kept at a distance and also have variable thickness and ge which can take advantage of the sandwich panel, the ribbed shell and the multi-layer composite shell connects and avoids their respective disadvantages, in particular especially for use as a lightweight semi-finished product for the economical production of rigid Sheet metal lightweight components for machine, motor vehicle and aircraft construction with high pri marital stiffness (bending and torsional stiffness), secondary stiffness (dimensional stability) and Tertiary stiffness (stiffness at force application points).

Bekannt sind eine Vielzahl verschiedener Bauweisen von Leichtbauelementen, deren Ent wicklungen und Anwendungen hauptsächlich aus dem Flugzeugbau kommen. Hier stehen in der Regel Festigkeitskennwerte in Form von Sicherheiten gegen Versagen im Vorder grund, d. h., die Nachgiebigkeiten und teilweise auch die Herstellkosten sind von unter geordneter Priorität. Beispiele für diesen festigkeitsorientierten Leichtbau sind Sandwich- Bauweisen mit Honeycomb-Strukturen und verrippte Platten bzw. Doppelwandplatten so wie die Integralbauweisen. Kennzeichnend hierfür sind aufwendige Fertigungsverfahren und -abläufe, insbesonders zur Herstellung der Kernschichten, welche oft aus Einzelele menten aufgebaut werden bzw. aus zusammengesetzten Kernschichten bestehen oder bei der Integralbauweise durch spanende Abtragung von bis zu 90% des Werkstückrohlingvo lumens hergestellt werden. Leichtbauelemente in Sandwichbauweise werden vorwiegend mit Klebeverbindungen zwischen Kern- bzw. Rippenschicht und den Deckplatten ausge führt. Diese Klebeverbindungen zeichnen sich zwar durch hohe Festigkeit aus, weisen aber aufgrund der niedrigen E-Module (beispielsweise gegenüber Stahlwerkstoffen) der ver wendeten Klebstoffe geringe Steifigkeiten in den Kontaktzonen zwischen Kern und Deck platten auf. Weiterhin sind Klebeverbindungen unter thermischer Belastung und unter Fluideinwirkung, wie Öle und Säuren, problematisch. Beim Nieten der Schichtverbindun gen (Kraft- bzw. Formschluß) treten ähnliche Probleme durch die punktuellen Kraftkon zentrationen im Nietbereich auf. Für die wirtschaftliche Herstellung von Leichtbauformteilen, wie beispielsweise Blechformteile ist eine umformtechnische Bear beitung der Leichtbauelemente mit anschließender Fügebearbeitung notwendig. Mit den bekannten Bauprinzipien ist dies nicht bzw. nur bis zu einem sehr eingeschränkten Um formgrad realisierbar.A variety of different types of lightweight elements are known, their ent developments and applications mainly come from aircraft construction. Stand here usually strength values in the form of collateral against failure in the front reason, d. that is, the compliance and sometimes also the manufacturing costs are below ordered priority. Examples of this strength-oriented lightweight construction are sandwich Construction methods with honeycomb structures and ribbed panels or double wall panels see above like the integral construction methods. This is characterized by complex manufacturing processes and processes, in particular for the production of the core layers, which often consist of individual elements elements are built up or consist of composite core layers or at the integral design by cutting up to 90% of the workpiece blank lumens are produced. Lightweight elements in sandwich construction are predominant with adhesive connections between the core or rib layer and the cover plates leads. These adhesive bonds are characterized by high strength, but they have due to the low modulus of elasticity (compared to steel materials, for example) Adhesives used low stiffness in the contact zones between the core and the deck plates on. Furthermore, adhesive bonds are under thermal stress and under Influence of fluids, such as oils and acids, is problematic. When riveting the layer connection gene (force or form closure) occur similar problems due to the selective Kraftkon concentrations in the rivet area. For the economical production of Lightweight parts, such as sheet metal parts, is a metal forming bear Processing of the lightweight elements with subsequent joining processing necessary. With the known construction principles this is not or only to a very limited extent Form degree realizable.

Im Gegensatz hierzu werden zunehmend neue Anwendungen des steifigkeitsorientierten Leichtbaus erschlossen, beispielsweise bei genauigkeitsbestimmenden Leichtbaugruppen in Maschinen, wo geringe Nachgiebigkeiten bei gleichzeitig minimierter Masse gefordert werden. Die Gestaltung und Ausführung der Fügeverbindungen zwischen der Kern- bzw. Rippenschicht und den Deckplatten und die Gestaltung der Rippenstruktur selbst beein flußt wesentlich die Steifigkeit derartiger Leichtbauelemente, besonders dann, wenn eine massenminimierte und steifigkeitsoptimierte Bauweise angestrebt wird. Das Hauptproblem bei Leichtbauelementen für den steifigkeitsorientierten Leichtbau besteht einerseits in der wirtschaftlichen Herstellung schubsteifer Kernschichten bei Doppelwandplatten bzw. der Verrippung bei verrippten Platten und der steifen Verbindung zwischen der Kernschicht und den Deckschichten bei der Doppelwandplattenbauweise bzw. der Rippenplatte und der Deckplatte bei Mehrschichtbauweise. Andererseits sollten diese Leichtbauelemente für die Herstellung von Formteilen umformbar sein. Es existieren bisher noch keine ausgereif ten konstruktiven Lösungen und Fertigungsabfolgen für derartige Leichtbauelemente, die einfach herstellbar und somit für die industrielle Massenproduktion geeignet sind. Bisheri ge Konstruktionslösungen im steifigkeitsoptimierten Leichtbau sind im wesentlichen durch zerspanungsintensive Integralbauweisen und aufwendige Guß- oder Schweißkonstruktio nen gekennzeichnet und häufig Einzelanfertigungen. Bei dem in der DE-OS 34 12 846 be schriebenen Leichtbauelement in Sandwichbauweise erfolgt die Verbindung zwischen den zwei äußeren festen Deckschichten durch einen Kern, der aus durch Tiefziehen verbunde nen und mit Kunstharz versehenen Flächengebilden aus Fasermaterial besteht. Bei diesem flächenförmigen Sandwichkörper wird der Kern zunächst mit der einen Platte verbunden und danach durch Kleben mit der anderen Platte verbunden. Eine Leichtbauplatte ähnli cher Art wird in der DE-PS 23 30 492 beschrieben, wobei hier ebenfalls keine steife Ver bindung, die auch hohen Temperaturen standhält, realisierbar ist. Solche Platten werden wegen ihrer hohen Festigkeit bei geringem Strukturgewicht vornehmlich im Flugzeugbau eingesetzt und sind nur begrenzt für den steifigkeitsorientierten Leichtbau geeignet. In der OS 37 35 463 und OS 37 35 464 werden Leichtbauelemente mit zwei mit Abstand zueinander angeordneten festen Platten beschrieben, zwischen denen Abstandshalter an geordnet sind, durch welche die Platten mit den Abstandshaltern form- und kraftschlüssig verbindbar sind, wobei in OS 37 35 463 die einander zugekehrten Seiten der Platten Bol zen tragen, die in Bohrungen der Abstandshalter eingreifen und dadurch ein Form- bzw. Kraftschluß besteht bzw. wie in in OS 37 35 464 beschrieben, die zwischen den Platten verteilten Abstandshalter aus jeweils zwei Steckkörpern zum Herstellen jeweils einer Steckverbindung bestehen, von denen der jeweils eine Steckkörper mit der einen Platte und der jeweils andere Steckkörper mit der anderen Platte fest verbunden ist. Der Form schluß wirkt sich hierbei positiv auf die Steifigkeit und die thermische Belastbarkeit der Verbindung aus, ist aber ebenfalls durch einen aufwendigen Aufbau des gesamten Leicht bauelements gekennzeichnet. Weiterhin wird in der PS 37 34 373 ein Leichtbauelement mit von wabenförmigen Hohlkörpern auf Distanz gehaltenen Deckplatten beschrieben, wobei die wabenförmige Hohlkörper leere Dosen sind. Neben der aufwendigen Herstel lung derartiger Leichtbauelemente, insbesondere der Kernschicht, besteht keine Möglich keit der Umformung, wie dies beispielsweise für die Herstellung von Formteilen aus die sen Halbzeugen notwendig ist.In contrast, new applications of the stiffness-oriented are increasingly Lightweight construction developed, for example in the case of lightweight assemblies that determine accuracy Machines where low flexibility and minimal mass are required will. The design and execution of the joint connections between the core or Rib layer and the cover plates and the design of the rib structure itself significantly affects the stiffness of such lightweight components, especially if one mass-minimized and rigidity-optimized construction is sought. The main issue In the case of lightweight elements for stiffness-oriented lightweight construction, there is on the one hand economical production of shear-resistant core layers for double wall panels or Ribbing for ribbed panels and the rigid connection between the core layer and the cover layers in the double wall panel construction or the ribbed panel and the cover plate in multi-layer construction. On the other hand, these lightweight components for the production of molded parts can be formed. So far, no mature ones exist constructive solutions and production sequences for such lightweight components that are easy to manufacture and are therefore suitable for industrial mass production. So far i Design solutions in stiffness-optimized lightweight construction are essentially through Machining-intensive integral designs and complex cast or welded construction marked and often custom-made. In the be in DE-OS 34 12 846 written lightweight construction element in sandwich construction, the connection between the two outer solid cover layers by a core that is connected by deep drawing NEN and with synthetic resin sheet made of fiber material. With this the sandwich body is first connected to the one plate and then glued to the other plate. A lightweight board similar cher type is described in DE-PS 23 30 492, here also no rigid Ver binding that can withstand high temperatures. Such plates will because of their high strength and low structural weight, primarily in aircraft construction used and are only of limited use for stiffness-oriented lightweight construction. In the OS 37 35 463 and OS 37 35 464 are lightweight components with two at a distance to each other arranged fixed plates described, between which spacers are arranged, through which the plates with the spacers are positive and non-positive are connectable, wherein in OS 37 35 463 the facing sides of the plates Bol wear zen, which engage in holes in the spacers and thereby form or There is frictional connection or as described in OS 37 35 464, between the plates distributed spacers each made of two plug bodies to produce one Plug connection exist, of which one plug body with the one plate and the other plug body is firmly connected to the other plate. The shape conclusion has a positive effect on the rigidity and the thermal load capacity of the Connection from, but is also due to a complex structure of the entire light component marked. Furthermore, a lightweight construction element is used in PS 37 34 373 described with cover plates held at a distance by honeycomb-shaped hollow bodies, the honeycomb hollow bodies being empty cans. In addition to the elaborate manufacture Such lightweight components, in particular the core layer, are not possible speed of forming, such as for the manufacture of molded parts from the sen semi-finished products is necessary.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Leichtbauelement in Form eines Blechleichtbauhalbzeuges zu schaffen, welches wirtschaftlich herstellbar ist, bei geringem Materialeinsatz bzw. Bauteilgewicht hohe Steifigkeiten (Torsions- und Biegesteifigkeit) lokal und global (Primärsteifigkeit, Sekundärsteifigkeit und Tertiärsteifigkeit) aufweist, der Steifigkeitsverlauf gezielt eingestellt werden kann, hohen Temperaturen und Druckbe lastungen standhält und umformbar ist, so daß durch konventionelle Blechbearbeitungs verfahren, wie Biegen und Laserschweißen, Blechleichtbauformteile aus diesem Leicht bauelement hergestellt werden können.The invention has for its object a new lightweight component in the form of a To create sheet metal lightweight semi-finished products, which is economically producible, with little Material use or component weight high stiffness (torsional and bending stiffness) local and global (primary stiffness, secondary stiffness and tertiary stiffness), the course of stiffness can be set specifically, high temperatures and pressure withstands loads and is formable, so that by conventional sheet metal processing processes such as bending and laser welding, sheet metal lightweight parts made from this lightweight component can be manufactured.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rippenplatte (Kernschicht) des Leichtbauelements in Blechverbundbauweise aus einem Blechhalbzeug mit flächiger Ausdehnung besteht, welche Ausschnitte mit vorgegebenem Konturverlauf zur Erzeugung von Rippen mit definiertem Konturverlauf und Querschnittsabmessungen aufweist und mit zwei beidseitig angeordneten, ebenfalls aus Blechhalbzeugen mit flächiger Ausdehnung hergestellten Deckplatten an den Kontaktflächen zwischen der Rippenplatte und der bzw. den Deckplatten mittels eines Fügeverfahrens stoffschlüssig verbunden ist, so daß das Leichtbauelement bei geringer Masse eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit aufweist.The object is achieved in that the ribbed plate (core layer) of the lightweight construction element in sheet metal composite construction from a sheet metal semi-finished product with flat Extent exists which cutouts with a given contour run for generation of ribs with a defined contour and cross-sectional dimensions and with two arranged on both sides, also made of sheet metal semi-finished products with flat expansion produced cover plates on the contact surfaces between the ribbed plate and the or the cover plates is integrally connected by means of a joining process, so that the Lightweight construction element with low mass has high bending and torsional rigidity.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß für die Herstel lung von steifen Leichtbaugruppen in Blechbauweise für den Maschinen- bzw. Fahrzeug bau sowie für den Flugzeugbau ein neues Blechleichtbauhalbzeug zu Verfügung steht, welches konventionelle Blechhalbzeuge (homogene Bleche) substituiert. Dieses den kon ventionellen Blechhalbzeugen hinsichtlich Steifigkeit und Masse weit überlegene Leicht bauelement ist dennoch umformbar und ermöglicht durch entsprechende Gestaltung der Rippenkonturen eine steifigkeitsabgestimmte Bauweise, wodurch neue hochsteife Bauwei sen des Blechleichtbaus eröffnet werden. Dies betrifft insbesonders Bauweisen in Blech, die aufgrund der hohen Steifigkeit des neuen Leichtbauelements ohne zusätzliche aufwen dige Verrippungen der beulgefährdeten Bauteilquerschnitte realisierbar sind. Zusätzlich können Krafteinleitungsstellen und Randverstärkungen bereits im neuen Leichtbauelement integriert werden. Weiterhin können die für den Blechbau vorhandenen Fertigungsverfah ren und -abfolgen angewendet, bzw. vorhandene Werkzeuge (Tiefziehwerkzeuge, Form werkzeuge) eingesetzt werden.The advantages achieved with the invention are in particular that for the manufacturer stiff lightweight assemblies in sheet metal construction for the machine or vehicle construction as well as a new sheet metal semi-finished product is available for aircraft construction, which substitutes conventional sheet metal semi-finished products (homogeneous sheets). This the con conventional sheet metal semi-finished products far superior in terms of rigidity and mass Component is still formable and enables by appropriate design of the Rib contours a stiffness-coordinated design, which makes new highly rigid construction sheet metal construction. This applies in particular to sheet metal construction, which due to the high rigidity of the new lightweight construction element without additional effort The ribs of the component cross sections at risk of buckling are realizable. In addition can apply force application points and edge reinforcements in the new lightweight component to get integrated. Furthermore, the existing manufacturing process for sheet metal construction ren and sequences applied, or existing tools (deep drawing tools, form tools) can be used.

Da das Fügeverfahren einen hochwertigen Stoffschluß herstellt, kann die Biege- und Tor sionssteifigkeit des Leichtbauelements beispielsweise mittels numerischer Berechnungsver fahren wie FEM hinreichend exakt bestimmt werden. Durch den Einsatz moderner CAD/CAM-Werkzeuge in der Konstruktion und NC-gesteuerter Bearbeitungsmaschinen in der Fertigung ergibt sich die Möglichkeit der optimierten Gestaltung und genauen Bear beitung der Bauteile, da sowohl bei der Schneid- als auch bei der Schweißbearbeitung des Leichtbauelements bzw. deren Komponenten selbst komplizierte Bauteilkonturen (Konturverläufe der Rippen) durch die NC-Kopplung vom CAD-System zu numerisch ge steuerten Bearbeitungsmaschinen ohne großen Programmieraufwand durchgeführt werden kann. Die Bauweise des Leichtbauelements in Kombination mit modernen Konstruktions- und Fertigungsmethoden bietet weiterhin den großen Vorteil einer wirtschaftlichen Ferti gung der Einzelteile bzw. des gesamten Leichtbauelements.Since the joining process creates a high-quality material bond, the bending and gate can sion stiffness of the lightweight component, for example by means of numerical calculation ver drive as FEM are determined with sufficient accuracy. By using modern CAD / CAM tools in construction and NC-controlled processing machines in production there is the possibility of optimized design and precise bear processing of the components, since both in the cutting as well as in the welding processing of the Lightweight component or its components even complicated component contours (Contours of the ribs) due to the NC coupling from the CAD system to numerical ge controlled machine tools can be carried out without much programming effort can. The construction of the lightweight element in combination with modern construction and Manufacturing methods continue to offer the great advantage of an economical production supply of the individual parts or the entire lightweight component.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 wiedergegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 führt zur Verbesserung des thermischen Verhaltens der Leichtbauelemente durch die Integration von Kühlkanälen in die Rippenplattenstruktur für Kühlmedien, wie Luft, Wasser, Öle und dergleichen. Weiterhin können Energieversor gungseinheiten in derartigen Kanälen untergebracht werden.An advantageous embodiment of the invention is given in claim 5. The Training according to claim 5 leads to the improvement of thermal behavior of lightweight components through the integration of cooling channels in the ribbed plate structure for cooling media such as air, water, oils and the like. Furthermore, energy supplier supply units can be accommodated in such channels.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 9 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 9 ermöglicht ein hochgenaues stoffschlüssiges Fügen mit entsprechender Verbesserungen der wirksamen Kernschubsteifigkeit, wodurch eine möglichst große Steifigkeit und Umformbarkeit des gesamten Leichtbauelements si chergestellt wird.A further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 9. The further development according to claim 9 enables a highly precise cohesive Joining with appropriate improvements to the effective core shear stiffness the greatest possible stiffness and formability of the entire lightweight component si is made.

Eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 12 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 12 führt auf ein Leichtbauelement mit geringerer Steifigkeit, verbunden mit einer jedoch wesentlich vereinfachten Herstellung, da nur eine Deckplatte mit der Rippenplatte gefügt werden muß.A third advantageous embodiment of the invention is specified in claim 12. The development according to claim 12 leads to a lightweight component with less Stiffness, combined with a much simplified production, since only one Cover plate must be joined with the ribbed plate.

Der Haupteinsatz dieser Leichtbauelemente liegt bei technischen Anwendungen, wo Bau gruppen in Blechleichtbauweise hoher spezifischer (auf die Masse bezogener) Biege- und Torsionssteifigkeit und hoher lokaler Steifigkeit, beispielsweise an Krafteinleitungsstellen, benötigt werden. Dies sind beispielsweise schnell bewegte Maschinenständer bzw. Ausle ger in Kastenbauweise, wie sie bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitungsmaschinen benötigt werden, um die bei hohen Achsbeschleunigungen auftretenden Trägheitskräfte zu minimie ren und durch geringe Nachgiebigkeiten die Genauigkeit der Bearbeitungsmaschine zu ga rantieren. Weiterhin kommen zum Beispiel Anwendungen im Fahrzeug- und Flugzeugbau in Betracht, wo hochsteife und leichte Blechformteile aus diesen neuen Leichtbauelemen ten hergestellt werden können, da die massenminimierte Bauweise eine Antriebsleistungs minimierung ermöglicht und somit zur Kosten- und Energieeinsparung und zur Schonung der Energieressourcen beiträgt.The main use of these lightweight components lies in technical applications, where construction groups in sheet metal lightweight construction of high specific (based on mass) bending and Torsional rigidity and high local rigidity, for example at force application points, are needed. These are, for example, fast moving machine stands or Ausle box construction, as required for high-speed processing machines to minimize the inertia forces that occur at high axis accelerations ren and due to low compliance the accuracy of the processing machine rant. There are also applications in vehicle and aircraft construction, for example where highly rigid and lightweight sheet metal parts made from these new lightweight elements ten can be produced, since the mass-minimized design is a driving power minimization enables and thus to save costs and energy and to protect that contributes to energy resources.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nach stehend näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawings and is according to standing described in more detail. Show it:

Fig. 1 Leichtbauelement mit Rippenplatte und beidseitigen Deckplatten in 3D-Ansicht, FIG. 1 lightweight component with rib plate and cover plates on both sides in 3D view,

Fig. 2 die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements (Rippenplatte mit beidseitigen Deckplatten), Fig. 2 shows the exploded view of the individual parts of the lightweight construction element (rib plate on both sides with cover plates),

Fig. 3 Leichtbauelement mit Rippenplatte und einseitiger Deckplatte in 3D-Ansicht, Fig. 3 lightweight component with rib plate and one-sided cover plate in a 3D view,

Fig. 4 die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements (Rippenplatte mit einseitiger Deckplatte), Fig. 4 shows the exploded view of the individual parts of the lightweight construction element (fin plate with one-sided cover plate),

Fig. 5 Leichtbauelement nach Anspruch 10 mit mehrschichtigem Aufbau in 3D-Ansicht, Fig. 5 lightweight structural element according to claim 10 having a multilayer structure in 3D view,

Fig. 6 die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements nach Anspruch 10 mit mehrschichtigem Aufbau, Fig. 6 shows the exploded view of the individual parts of the lightweight construction element according to claim 10 with a multilayer structure,

Fig. 7 die Schneidbearbeitung der Rippenplatte zur Herstellung der Rippenkontur am Beispiel des unter Anspruch 8 genannten Trennverfahrens "Laserschneiden", Fig. 7, the cutting processing of the plate fin for the preparation of the ribs contour the example "laser cutting", referred to under claim 8 separation process,

Fig. 8 die Fügebearbeitung des Leichtbauelements am Beispiel des unter Anspruch 6 genannten Fügeverfahrens "Laserschweißen", Fig. 8, the joint processing of the lightweight construction element of the example referred to in claim 6 joining process "laser welding",

Fig. 9 die Darstellung einer Anwendung des neuen Leichtbauelements als hochsteife und leichte Tragstruktur eines Maschinenauslegers in Kastenbauweise einer hochdyna mischen, direktangetriebenen Laserbearbeitungsmaschine mit integrierten Linear führungssystemen für die Aufnahme eines Achsschlittens. Fig. 9 shows an application of the new lightweight component as a highly rigid and lightweight support structure of a machine boom in box construction of a highly dynamic, direct-drive laser processing machine with integrated linear guide systems for receiving an axis slide.

Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau, Herstellungs- und Anwendungsbeispiel der dargestellten Erfindung.There follows the explanation of the invention with reference to the drawings according to structure, Manufacturing and application example of the illustrated invention.

In Fig. 1 ist das Leichtbauelement in 3D-Ansicht dargestellt, welches aus der Rippenplatte (1) und den beidseitigen Deckplatten (2, 3) besteht, die mit der Rippenplatte an den Kon taktzonen durch metallischen Stoffschluß fest verbunden sind. Die Rippenstruktur (4) wird mittels Ausschnitte mit vorgegebenem Konturverlauf aus dem Rippenplattenblechhalbzeug hergestellt.In Fig. 1, the lightweight component is shown in 3D view, which consists of the ribbed plate ( 1 ) and the bilateral cover plates ( 2 , 3 ), which are firmly connected to the ribbed plate at the contact zones by metallic material connection. The rib structure ( 4 ) is produced from the semi-finished ribbed sheet metal plate by means of cutouts with a predetermined contour.

In Fig. 2 ist die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements (Rippenplatte (1) mit beidseitigen Deckplatten (2, 3)) dargestellt. In Fig. 2, the exploded view of the individual parts of the lightweight component (rib plate ( 1 ) with bilateral cover plates ( 2 , 3 )) is shown.

In Fig. 3 ist das Leichtbauelement nach Anspruch 12 in 3D-Ansicht dargestellt, welches aus der Rippenplatte (1) und einer einseitigen Deckplatte (2) besteht, die mit der Rippen platte an den Kontaktzonen durch ein Fügeverfahren fest verbunden ist. Die Rippenstruk tur (4) wird ebenfalls mittels Ausschnitte mit vorgegebenem Konturverlauf aus dem Rip penplattenblechhalbzeug erzeugt.In Fig. 3, the lightweight component according to claim 12 is shown in 3D view, which consists of the rib plate ( 1 ) and a one-sided cover plate ( 2 ) which is firmly connected to the rib plate at the contact zones by a joining process. The rib structure ( 4 ) is also produced by means of cutouts with a predetermined contour from the ribbed sheet metal semi-finished product.

In Fig. 4 ist die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements nach Anspruch 12 (Rippenplatte (1) mit einseitiger Deckplatte (2)) dargestellt.In Fig. 4, the exploded view of the individual parts of the lightweight component according to claim 12 (rib plate ( 1 ) with one-sided cover plate ( 2 )) is shown.

In Fig. 5 ist das Leichtbauelement nach Anspruch 11 mit mehrschichtigem Aufbau in 3D-Ansicht dagestellt. Hier ist zu erkennen, daß das Leichtbauelement aus zwei Rippen platten (1, 5) und drei Deckplatten (2, 3, 6) besteht, die miteinander an den Kontaktflä chen unter Anwendung der unter Anspruch 6 und 7 genannten Fügeverfahren stoffschlüs sig verbunden sind. Man erkennt, daß es ohne weiters möglich ist, das Leichtbauelement mehrschichtig aufzubauen. Es ist lediglich darauf zu achten, daß eine stoffschlüssige Ver bindung zwischen den einzelnen Elementen erreicht wird. Bei dieser mehrschichtigen Bau weise tragen zwar die inneren Blechschichten wenig zur Biege- und Torsionssteifigkeit des Leichtbauelements bei, sie können jedoch zusätzliche Aufgaben erfüllen, wie z. B. Sta bilisierung sehr hochstegiger Rippenplatten, Trennung eingefüllter Medien, Einleitung bzw. Abtragung von Membranspannungen und Randverstärkungen.In FIG. 5, the lightweight construction element according to claim 11 with a multilayer structure in 3D view is dagestellt. Here it can be seen that the lightweight component consists of two rib plates ( 1 , 5 ) and three cover plates ( 2 , 3 , 6 ) which are connected to one another at the contact surfaces using the joining methods mentioned in claims 6 and 7. It can be seen that it is easily possible to construct the lightweight component in multiple layers. It is only important to ensure that a material connection between the individual elements is achieved. In this multi-layer construction, the inner sheet metal layers contribute little to the bending and torsional rigidity of the lightweight element, but they can perform additional tasks, such as. B. Sta bilization of very high-ridge rib plates, separation of filled media, introduction or removal of membrane stresses and edge reinforcements.

In Fig. 6 ist die Explosionszeichnung der Einzelteile des Leichtbauelements nach Anspruch 11 mit mehrschichtigem Aufbau in 3D-Ansicht dagestellt (Rippenplatten (1, 5) mit Deck platten (2, 3, 6)).In Fig. 6, the exploded view of the individual parts of the lightweight component according to claim 11 is shown with a multi-layer structure in 3D view (rib plates ( 1 , 5 ) with cover plates ( 2 , 3 , 6 )).

In Fig. 7 ist die Schneidbearbeitung der Rippenplatte am Beispiel des unter Anspruch 8 genannten Trennverfahrens "Laserschneiden" dargestellt. Die Fertigung der Rippenkontu ren (4) der Rippenplatte (1) wird mittels dem Strahlwerkzeug "Laser" (7) automatisiert durchgeführt. FIG. 7 shows the cutting processing of the ribbed plate using the example of the “laser cutting” cutting method mentioned in claim 8. The manufacture of the Rippenkontu ren ( 4 ) of the fin plate ( 1 ) is carried out automatically by means of the "laser" blasting tool ( 7 ).

In Fig. 8 ist die Fügebearbeitung des Leichtbauelements am Beispiel des unter Anspruch 6 genannten Fügeverfahrens "Laserschweißen" (8) dargestellt. Hierbei werden die Deckplatten (2, 3) mit der Rippenplatte (1) durch Tiefenschweißen mittels des Strahlwerk zeuges Laser (8) von außen (einseitige Bearbeitung) in einem Arbeitsgang durchge schweißt.In Fig. 8 the joining processing of the lightweight component is shown using the example of the joining method mentioned in claim 6 "laser welding" ( 8 ). Here, the cover plates ( 2 , 3 ) with the ribbed plate ( 1 ) are welded through from the outside (one-sided processing) by means of deep welding using the laser beam tool ( 8 ) in one operation.

In Fig. 9 ist eine Anwendung des neuen Leichtbauelements als hochsteife und leichte Tragstruktur eines Maschinenauslegers (9) in Kastenbauweise einer hochdynamischen, di rektangetriebenen Laserbearbeitungsmaschine (10) mit integrierten Linearführungssyste men für die Aufnahme eines Achsschlittens dargestellt. Der Maschinenausleger besteht hierbei aus einem Blechleichtbau-Kastenträgerprofil (11) auf Basis des neuen Leichtbau elements, welches für die Herstellung des Kastenträgers zu C-Profilen gebogen und an schließend mittels dem Strahlwerkzeug "Laser" verschweißt wurde. Für die Aufnahme der Linearführungssysteme (12) am Träger sind bereits im Leichtbauelement respektive in der Rippenplatte entsprechend den Kraftpfaden optimierte Rippenstrukturen (13) eingebracht.In Fig. 9, an application of the new lightweight component as a highly rigid and light support structure of a machine boom ( 9 ) in box construction of a highly dynamic, di rect-driven laser processing machine ( 10 ) with integrated linear guidance systems for receiving an axis slide is shown. The machine arm consists of a lightweight sheet metal box girder profile ( 11 ) based on the new lightweight construction element, which was bent into C profiles for the production of the box girder and then welded using the "laser" blasting tool. To accommodate the linear guide systems ( 12 ) on the carrier, rib structures ( 13 ) which are optimized in accordance with the force paths are already incorporated in the lightweight component or in the rib plate.

Claims

1. Lightweight construction element in sheet metal construction, consisting of a ribbed plate in a union with two cover plates arranged on both sides, which are held at a distance by the ribbed plate and also have variable thickness and can be curved, characterized in that the ribbed plate ( 1 ) consists of a sheet metal semi-finished product There is a planar extent, which has cutouts with a given contour for generating ribs ( 4 ) with a defined contour and cross-sectional dimensions, and with the cover plates ( 2 , 3 ) also made from sheet metal semi-finished products with planar expansion at the contact surfaces between the ribbed plate and the Cover plates is firmly connected by metallic material connection, so that the lightweight component has a high bending and torsional rigidity.

2. Lightweight construction element according to claim 1, characterized in that the lightweight construction ment can be formed (e.g. by deep drawing, folding, bending, edging, etc.).

3. Lightweight construction element according to claims 1 and 2, characterized in that the by cutouts from the sheet metal semi-finished ribs of the fin plate a re have regular geometric contour and cross-sectional shape.

4. Lightweight construction element according to claims 1 and 2, characterized in that the ribs of the fin plate produced by cutouts from the sheet metal semi-finished product contour and contoured according to the force paths and force introduction points Have cross-sectional shape.

5. Lightweight construction element according to claims 1 and 2, characterized in that the Rib contours of the rib plate produced by cutouts from the sheet metal semi-finished product Form channels for cooling media or supply units such as cables.

6. Lightweight element according to claims 1 to 5, characterized in that the Ver Bonds (metallic bond) between the ribbed plate and the cover plates on the contact surfaces (contact zones) between the ribbed plate and the cover plates by laser welding, electron beam welding, spot welding, roller seam welding, submerged arc welding, inert gas welding, metal arc welding, Gas fusion welding or the like can be produced.

7. Light construction element according to claims 1 to 5, characterized in that the Ver Bonds (metallic bond) between the ribbed plate and the cover plates solder connections on the contact surfaces between the ribbed plate and the cover plates gen.

8. Lightweight construction element according to claims 1 to 5, characterized in that the off cuts through from the sheet metal semi-finished product to produce ribs of the rib plate Cutting process with numerically controlled cutting contour generation, such as laser cutting water jet cutting, plasma cutting, punching / nibbling or the like are.

9. Light construction element according to claims 1 to 8, characterized in that are aligned de Breakthroughs, such as holes in the cover plates or ribbed plate are introduced, which fixing elements, such as screws, rivets, pins and the like can accommodate the individual elements of the lightweight component for the subsequent To fix or clamp the joining process.

10. Lightweight construction element according to claims 1 to 9, characterized in that the Cavities between the cover plates for the purpose of vibration damping or Cavity preservation foamed for corrosion protection or with adhesive or Paints are filled.

11. Lightweight construction element according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least two lightweight components to form a multilayer lightweight component are summarized.

12. Lightweight element according to one of claims 1 to 4 and 6 to 9, characterized is characterized by the fact that the lightweight element consists of only one cover plate in combination with a Ribbed plate exists.

13. A method for producing lightweight components according to one of claims 1 to 12, characterized in that initially cutouts to form the rib contour Ren the ribbed plate from a sheet metal by means of the one mentioned in claim 8 Separation processes are made and that after fixing the Cover plates to the rib plate by a subsequent, under claims 6 and 7 ge called joining process the ribbed plate with the cover plates at the contact zones is firmly connected by means of a metallic bond.