DE19714147A1 - Verbundmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus einer Hohlstruktur, die einander kreuzende generell wellen­ förmige Streifen aufweist, wobei die Streifenstruktur mit einander gegenüberliegenden Deckplatten verbunden ist.

Bekannt sind verschiedene Formen von Verbund- oder Sandwich-Materialien, bei denen zwischen Deckplatten versteifende Elemente angeordnet sind, die zusammen mit den Deckplatten eine Hohlstruktur bilden. Diese Hohl­ struktur kann auch mit einem Füllmaterial ausgefüllt sein. Solche Verbundmaterialien haben den Vorteil einer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht. Sie sind imstande Schubkräfte von einer Deckplatte zur anderen zu übertragen. Beispiele für derartige Ver­ bundmaterialien sind beispielsweise Wabenstrukturen oder zwischen Deckplatten eingefaßte Wellblechstruk­ turen. In vielen Fällen hat die zwischen den Deckplat­ ten angeordnete Verstärkungsstruktur nur linienförmigen Kontakt mit den Deckplatten. Dadurch entstehen bei Be­ lastung örtliche Spannungskonzentrationen die zu Riß­ bildung führen können. In anderen Fällen hat das Ver­ bundmaterial eine Vorzugsrichtung in der es besonders widerstandsfähig ist, und eine andere Richtung in der es weniger hoch beansprucht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbund­ material zu schaffen, daß imstande ist, hohe Scher­ kräfte in allen Richtungen zu übertragen und das eine hohe Festigkeit und Formkonstanz hat.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial weist eine zwischen Deckplatten angeordnete Innenstruktur auf, die aus einander kreuz enden mäanderförmigen längslaufenden und querlaufenden Streifen besteht. Diese Streifen haben jeweils Kontaktstege, die parallel zu den Deck­ platten verlaufen und voll flächig an diesen anliegen, und Verbindungsstege, die jeweils schräg oder senkrecht zu den Kontaktstegen verlaufen und zwei Kontaktstege miteinander verbinden. An jedem Kreuzungspunkt zweier Streifen liegen die Kontaktstege dieser Streifen an unterschiedlichen Deckplatten an.

Durch die sich kreuzenden Streifen wird erreicht, daß die Verbindungsstege, die die Last zwischen den Deck­ platten übertragen, bei verschiedenen Streifen recht­ winklig zueinander angeordnet sind, so daß parallel zur Plattenebene wirkende Scherkräfte in allen Richtungen übertragen werden können. Die flächigen Kontaktstege bilden große Flächen zum Verbinden mit den Deckplatten durch Verkleben oder andere Verbindungstechniken. Die Innenstruktur ist also nicht nur entlang schmaler Kanten mit den Deckplatten verbunden, sondern entlang der relativ großflächigen Kontaktstege. Die Streifen sind so angeordnet, daß sich zwei Streifen generell überhaupt nicht berühren. Berührungen können allenfalls als Linienberührungen dann auftreten, wenn die Verbin­ dungsstege senkrecht zu den Kontaktstegen verlaufen und die Mäanderstruktur rechteckig ist. Bei einer trapez­ förmigen Mäanderstruktur finden keine unmittelbaren Berührungen der Streifen statt. Die mäanderförmigen längslaufenden und querlaufenden Streifen können iden­ tisch vorgefertigt und zu der Innenstruktur zusammenge­ setzt werden. Hierbei ist nur ein einziger Streifentyp vorhanden. Generell besteht aber auch die Möglichkeit unterschiedliche Streifentypen zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial kann als Hohl­ struktur ausgebildet sein, wobei sich zwischen den Deckplatten außer der Innenstruktur Luft befindet. Vor­ zugsweise sind die Hohlräume jedoch mit einem Füllma­ terial gefüllt, das sich mit den Deckplatten und der Innenstruktur verbindet. Ein solches Füllmaterial ist beispielsweise Schaumstoff, insbesondere Hartschaum­ stoff. Durch Ausschäumen der Hohlstruktur mit Schaum­ stoff erfolgt eine zusätzliche Verstärkung und Stabili­ sierung des Verbundmaterials. Außerdem wird eine Wärme­ dämmung erreicht.

Die Innenstruktur des Verbundmaterials kann in der Weise gestaltet sein, daß sie ein Maschennetz bildet, bei dem zwischen benachbarten parallelen Streifen Leer­ felder vorhanden sind. Je nach den geforderten Festig­ keitseigenschaften können die Streifen auch in dichter Folge angeordnet sein, wobei benachbarte Streifen stets gegenphasig zueinander sind. Dies führt zu einer Art Gewebestruktur, bei der die Streifen sich abwechselnd unter- und überlagern. Durch die hohe Streifendichte wird eine besonders hohe Festigkeit erreicht.

Das Verbundmaterial kann für den Aufbau jeglicher Wände benutzt werden, beispielsweise im Chemie-Anlagenbau, als Wand- und Auskleidungsstruktur bei Wäschern, für Trennwände zwischen Wäscher- oder Reaktorkammern, als Wandstruktur in der Bautechnik oder auch als Sandwich­ wand für Fahrzeuge, Flugzeuge u. dgl. Die Streifen der Innenstruktur können aus faserverstärktem Kunstharz bestehen oder auch aus Metallstreifen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß alle Streifen einheitlich vorgefertigt und auf einfache Weise zusammengesetzt werden können.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Verbundmate­ rials,

Fig. 2 einen in der Innenstruktur des Verbundmaterials enthaltenen Streifen,

Fig. 3 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform der Streifenanordnung,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform der Streifenanord­ nung,

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der Streifenanord­ nung, und

Fig. 6 eine Darstellung der Abmessungsverhältnisse der Streifen an den Kreuzungsstellen.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbundmaterial besteht aus einer ebenen Verbundplatte 10. Anstelle einer ebenen Plattenform sind auch Rundstrukturen oder andere Ge­ samt-Plattenformen möglich.

Zwischen zwei ebenen Deckplatten 11 und 12 befindet sich die noch zu erläuternde Innenstruktur 13, die aus mehreren sich kreuzenden Streifen besteht. Ein derar­ tiger Streifen 14 ist in Fig. 2 dargestellt. Dieser Streifen weist ebene Kontaktstege 15 auf, die jeweils an der einen Deckplatte 11 oder der anderen Deckplatte 12 anliegen, sowie dazwischen angeordnete Verbindungs­ stege 16, welche zwei Kontaktstege 15 verbinden. Die Kontaktstege 15 und die Verbindungsstege 16 bilden gemäß Fig. 2 eine trapezförmige Mäanderstruktur. Vor­ zugsweise verlaufen die Verbindungsstege 16 unter einem Winkel von 45° zu den Kontaktstegen 15, weil bei dieser Orientierung die Verbindungsstege 16 einer maximale Last parallel zur Ebene der Deckplatten 11 als Scherbe­ anspruchung der Verbundplatte übertragen können. Der Streifen 14 hat eine Breite von mehreren Zentimetern und eine Länge, die praktisch unbegrenzt ist und den Abmessungen der herzustellenden Verbundplatte 10 ent­ spricht.

Der Streifen 14 besteht aus faserverstärktem Kunst­ stoff. Er ist insgesamt starr und hat eine hohe Stei­ figkeit. Auf die Kontaktstege 15 sind faserige Auflagen 17 gelegt, in einem Zustand, in dem die Kontaktstege 15 noch nicht vollständig ausgehärtet sind. Beim nachfol­ genden Aushärten des Kunststoffs der Kontaktstege 15 verbinden sich die Auflagen 17 fest mit den Kontakt­ stegen 15. Die faserigen Auflagen 17 dienen dazu, daß Ankleben der Kontaktstege 15 an den Deckplatten 11, 12 zu verbessern, um hohe Schubkräfte übertragen zu kön­ nen. Die Kontaktstege 15 können auch durch andere Füge­ verfahren mit den Deckplatten 11, 12 verbunden werden.

In Fig. 3 ist die Innenstruktur aus längslaufenden Streifen A und querlaufenden Streifen B dargestellt. Alle Streifen A und B sind in gleicher Weise ausgebil­ det, wie der Streifen 14 nach Fig. 2. Die längslaufen­ den Streifen sind mit A und die querlaufenden Streifen mit B bezeichnet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbei­ spiel sind nur jeweils die ungeradzahligen Streifen A1, A3, A5 . . . und B1, B3, B5 . . . vorhanden, während die geradzahligen Streifen, die dazwischen passen würden, nicht vorhanden sind. An jedem Kreuzungspunkt 18 über­ lagern die querlaufenden Streifen B die längslaufenden Streifen A. Die Kontaktstege 15 der querlaufenden Streifen B liegen an den Kreuzungspunkten 18 an der oberen Deckplatte 11 an und die Kontaktstege der längs­ laufenden Streifen A liegen an den Kreuzungspunkten 18 an der unteren Deckplatte 12 an. An denjenigen Stellen, die zwischen zwei Kreuzungspunkten 18 liegen, liegen die Kontaktstege der querlaufenden Streifen an der un­ teren Deckplatte 12 und die Kontaktstege der längslau­ fenden Streifen an der oberen Deckplatte 11 an.

Das in Fig. 3 dargestellte Streifenmuster ist sehr einfach herstellbar, weil die querlaufenden Streifen B die längslaufenden Streifen A sämtlich überlagern. Es können also zunächst die Streifen A mit gegenseitigen Abständen verlegt werden und dann die querlaufenden Streifen B darübergelegt werden. Sämtliche Streifen A1, A3 und A5 sind untereinander gleichphasig und sämt­ liche querlaufenden Streifen B1, B3, B5 sind ebenfalls untereinander gleichphasig. Zwischen zwei Streifen gibt es keine Berührungsstellen. Die parallelen und gleich­ phasigen Streifen A1, A3, A5 sind mit solchen Abständen angeordnet, daß zwischen sie ein einziger zu den gleichphasigen Streifen gegenphasiger Streifen passen würde. Ein solcher geradzahliger längslaufender Strei­ fen ist in Fig. 3 jedoch nicht vorhanden. Ebenfalls nicht vorhanden sind geradzahlige querlaufende Strei­ fen. Somit entsteht die in Fig. 3 dargestellte Gitter­ struktur, bei der zwischen den Streifen Leerstellen vorhanden sind.

Fig. 4 zeigt die gleiche Streifenstruktur wie in Fig. 3 mit den längslaufenden Streifen A1, A3, A5 und den querlaufenden Streifen B1, B3, B5, wobei zusätzlich ge­ radzahlige längslaufende Streifen A2, A4 vorhanden sind, die gegenphasig zu den ungeradzahligen längslaufenden Streifen A1, A3, A5 verlegt sind. Zuerst werden die unge­ radzahligen längslaufenden Streifen A1, A3, A5 verlegt; dann werden die querlaufenden ungeradzahligen Streifen B1, B3, B5 darübergelegt und schließlich werden die längslaufenden geradzahligen Streifen A2, A4 darüber­ gelegt. Auch diese Verlegungsart ist somit sehr einfach durchzuführen. Das Streifenmuster enthält (in Drauf­ sicht) keine Leerstellen. Dieses Streifenmuster ist insofern ungleichmäßig, als in Längsrichtung mehr last­ übertragende Verbindungsstege 16 vorhanden sind, als in Querrichtung.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sind sämtliche Streifen, die in Fig. 4 vorhanden sind, ebenfalls vor­ handen. Zusätzlich sind querlaufende geradzahlige Streifen B2 und B4 vorhanden, die die Streifen A1, A3, A5 unterlagern und die Streifen A2, A4 überlagern. Auf diese Weise entsteht ein gewebeartiges Muster, bei dem die längslaufenden Streifen A1, A2, A3, A4, A5 als Kett­ fäden und die querlaufenden Streifen B1, B2, B3, B4, B5 als Schußfäden bezeichnet werden können (oder umgekehrt). Das schachbrettartige Muster von Fig. 4 hat in jedem Feld einen Kreuzungspunkt, an dem ein Kontaktsteg 15 der einen Gruppe einen Kontaktsteg 15 der anderen Grup­ pe überlagert. Die Streifen berühren einander nicht oder nur ganz geringfügig an den Kanten.

Wenn auf der Streifenstruktur die Deckplatten 11 und 12 (Fig. 1) befestigt worden sind, können die Hohlräume zwischen den Streifen ausgeschäumt werden. Durch die schrägen Verbindungsstege 16 werden zwischen den Strei­ fen Durchgangsöffnungen geschaffen, die die Hohlräume untereinander verbinden und ein Durchdringen des Schaummaterials ermöglichen.

In Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Streifen dargestellt, bei denen die Verbindungsstege 16 recht­ winklig zu den Kontaktstegen 15 verlaufen, so daß sich eine rechtwinklige Mäanderform ergibt. Dabei ist die lichte Länge der Kontaktstege 16 mit 1 bezeichnet und die Wandstärke des Streifenmaterials w. Die Breite des Streifenmaterials beträgt b. Damit ein querlaufender Streifen B3 den Kontaktsteg 15 ohne Verklemmung über­ brücken kann, ist die lichte Länge 1 etwas größer als die Breite b eines Streifens. Dies bedeutet, daß die Länge 1 plus 2w eines Kontaktsteges 15 minus der dop­ pelten Wandstärke 2w eines Verbindungssteges 16 größer ist als die Breite b eines Kontaktsteges. Bei dieser Ausführungsform entstehen an den Kreuzungspunkten 18 geschlossene Hohlräume. Damit Schaumstoff in diese Hohlräume eindringen kann, können die Verbindungsstege 16 mit Löchern versehen sein.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind die Streifen mäanderförmig ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Streifen ein periodisches Muster von Rechteckform oder Trapezform bilden. Die Halbwellen des Mäandermusters sind einander gleich.

Claims (8)

1. Verbundmaterial aus einander kreuzenden mäander­ förmigen längslaufenden (A) und querlaufenden (B) Streifen (14), welche ebene Kontaktstege (15) und schräg oder senkrecht dazu verlaufende Verbin­ dungsstege (16) aufweisen, und beidseitig ange­ ordneten Deckplatten (11, 12), die mit den Kontakt­ stegen (15) verbunden sind, wobei an jedem Kreu­ zungspunkt (18) die Kontaktstege (15) der sich kreuzenden Streifen (14) an unterschiedlichen Deckplatten (11, 12) anliegen.

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß gleichphasige Streifen (A1, A3, A5; B1, B3, B5) mit solchen Abständen angeordnet sind, daß zwischen sie ein einziger zu den gleich­ phasigen Streifen gegenphasiger Streifen paßt.

3. Verbundmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen zwei gleichphasigen Strei­ fen (A1, A3, A5; B1, B3, B5) nur der längslaufenden Gruppe (A) oder nur der querlaufenden Gruppe (B) jeweils ein hierzu gegenphasiger Streifen (A2, A4) angeordnet ist.

4. Verbundmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen zwei gleichphasigen Strei­ fen (A1, A3, A5) der längslaufenden Gruppe (A) je­ weils ein hierzu gegenphasiger Streifen (A2, A4) und zwischen den gleichphasigen Streifen (B1, B3, B5) der querlaufenden Gruppe (B) jeweils ein hierzu gegenphasiger Streifen (B2, B4) ange­ ordnet ist.

5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (14) aus faserverstärktem Kunststoff bestehen.

6. Verbundmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an den Kontaktstegen (15) der Strei­ fen (14) faserige Auflagen (17) zum Ankleben an die Deckplatten (11, 12) angebracht sind.

7. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume zwischen den Deckplatten (11, 12) mit einem Füllmaterial ausgefüllt ist, das an den Deckplatten (11, 12) und den Streifen (14) haftet.

8. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines Kon­ taktsteges (15) minus der doppelten Wandstärke (w) eines Verbindungssteges (16) größer ist als die Breite (b) eines Kontaktsteges (15).