DE19807735A1

DE19807735A1 - Gasdurchlässiges biegesteifes Sandwichgebilde

Info

Publication number: DE19807735A1
Application number: DE1998107735
Authority: DE
Inventors: Gunter Siebdrath; Eberhard Koehler; Petra Schulz
Original assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Current assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-08-26

Description

1. Technisches Problem der Erfindung

Sandwichflächengebilde in verschiedenartigster Ausführung sind seit alters her bekannt und weisen im Vergleich zu Massivbauteilen im Verhältnis der Eigenmasse zur Eigenfestigkeit/Eigensteifigkeit erhebliche Vorteile auf. Ein Beispiel für den Einsatz durchlässiger dreidimensional angeordneter Halbzeuge ist aus dem Bereich des allgemeinen Maschinenbaus für dampfdurchlässige Bügelmaschinen bekannt.

So werden in DE 41 05 888 A1 dreidimensionale Gebilde mit Bindemittel getränkt, manuell ausgewrungen und anschließend ausgehärtet. Das so entstehende Gebilde weist zur Realisierung einer notwendigen Dampfdurchlässigkeit eine Vielzahl von Durchbrüchen auf. Nachteilig bei der genannten Konstruktion ist der Umstand, daß die gesamte textile Konstruktion aus nur einem Ausgangswerkstoff besteht und auf diese Weise keine optimalen Sandwicheigenschaften aufweist. Darüber hinaus ist für den Herstellungsprozeß keine Reproduzierbarkeit der Parameter möglich.

Weiterhin sind zahlreiche dreidimensionale Glasabstandsgewebe bekannt, bei spielsweise unter der Bezeichnung Parabeam, die mehr oder weniger günstige Aus gangshalbzeuge für Sandwichkonstruktionen sind, sich allerdings nur bedingt zur Konfektionierung gas- oder flüssigkeitsdurchlässiger Erzeugnisse eignen.

In G 93 18 405.0 ist ein Filtermaterial beschrieben, bei dem zwei Faserlagen, beste hend aus natürlichen und synthetischen Fasern, im erwärmten Zustand aufgebracht und miteinander verschmolzen werden. Die Faserlagen können unterschiedliche Flächenmassen aufweisen und sind luftdurchlässig ausgebildet. Der so entstehende Verbund ergibt ein Filtermaterial, welches beim Durchströmen eines Mediums einen Filtereffekt erzielt. Nachteilig ist bei dieser Erfindung, daß das erfindungsgemäße Filtermaterial keinerlei Eigenstabilität besitzt. Dies hat zur Folge, daß eine Anwen dung als Filter zusätzliche Halte- und Rahmenelemente erforderlich macht, die eine wirtschaftliche Anwendung nicht gewährleisten. Ferner ist dieser erfindungsgemäße Filterstoff nicht wiederverwendbar, da eine Reinigung ausgeschlossen ist.

In DE 40 16 409 wird ein flächiger Verbundwerkstoff unter Schutz gestellt. Bei diesem Werkstoff handelt es sich um einen Verbundwerkstoff, bei dem die Zwischenschicht aus einem gefüllten Polypropylen besteht und beiderseits Verstärkungseinlagen aus Endlosglasfasern angeordnet sind. Die Verstärkungseinlagen können als Faserge lege oder Fasermatten ausgebildet sein. Mit der Anbringung der Verstärkungseinla gen wird zwar die Bruchdehnung des Verbundes verbessert, jedoch ist diese Erhö hung minimal und dient nur der Eigenstabilisierung des Verbundes. Die vorgese hene Zwischenschicht kann als Filter angesehen werden. Jedoch haftet dieser Er findung der gleiche Mangel an wie der G 93 18 405.0.

Ein kunststoffbeschichtetes Vlies oder Gewebe und ein Verfahren zu dessen Her stellung wird in DE 36 27 266 beschrieben. Mit dieser Erfindung wird eine Sandwich struktur offengelegt, bei der ein Vlies bzw. ein Metallblech mit einer Kunststoffschicht beschichtet wird mit dem Ziel, mindestens eine Seite des Verbundes bedrucken zu können. Die mit diesem Verbund erzielbaren Festigkeiten und Steifigkeiten sind au ßerordentlich gering, und darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäß bedingte Versiegelung eine Luftdurchlässigkeit verhindert.

Ebenfalls wird in DE 3 50 906 ein formgepreßter Verbund beschrieben, bei dem im Inneren Hohlräume vorhanden sind und deren Deckseiten vorzugsweise mit Well pappe beschichtet sind. Mit diesem Verbund ist nur begrenzt eine Festigkeits- und Steifigkeitserhöhung möglich. Eine Filterwirkung ist durch die eingeschränkte Luft durchlässigkeit nicht vorhanden.

Nach EP 0 568 270 ist ein Composite panel bekannt, welches aus einer Zwischen schicht und je einer Decklage einen Verbund bildet. Die Zwischenschicht ist flä chenförmig ausgebildet und erhöht die Steifigkeit des Verbundes bei Verringerung der Dichte. Die Decklagen können Öffnungen besitzen, die einen Mediendurchgang ermöglichen. Nachteilig bei dieser Erfindung ist der komplizierte flächenförmige Aufbau der Zwischenschicht sowie die erforderliche definierte Anordnung der Öffnungen in den Decklagen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines mediendurchlässigen biegesteifen Sandwichflächengebildes, welches neben einer hohen Festigkeit und Steifigkeit bei geringer Dichte mit einer vorzugsweisen anwendungsspezifischen auswechselbaren Decklage versehen ist. Damit wird angestrebt, daß mit gleicher Stützstruktur eine Vielzahl von spezifischen Anwendungsfällen abgedeckt werden können.

Der Erfindung wurde die Aufgabe, ein mediendurchlässiges biegesteifes Sandwichflächengebilde zu schaffen, zugrunde gelegt.

2. Lösung des Problems beziehungsweise der technischen Aufgabe

Die technische Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftlich herstellbares Sandwichtflächengebilde zu schaffen, das entsprechend seiner Festigkeit und Steifigkeit mit seiner Stützstruktur höchsten Bauweisenanforderungen entspricht, aber auch gleichzeitig der Forderung einer Mediendurchlässigkeit in Funktionsintegration gerecht wird.

Die technische Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorzugsweise technisch voneinander unabhängige Strukturen funktionsintegrativ vereinigt werden.

Hierzu wird eine Stützstruktur 1, welche vorzugsweise als Wabenstruktur oder als offenzelliger Schaumkern 4 ausgebildet ist, so in die Sandwichstruktur eingebettet, daß sie als tragende Struktur ausgebildet ist, wobei diese Stützstruktur 1, 4 luft durchlässig ausgebildet ist und beiderseits eine Decklage 2, 3 angeordnet wird, daß diese mit der Stützstruktur eine stoffschlüssige Verbindung eingehen, wobei vorzugsweise eine der Decklagen 2, beziehungsweise 3, mit einem thermoplastischen Material als Bindemittel verwendet wird und diese Verbindung unter Zuhilfenahme von zugeführter Wärme- und Druckenergie realisiert wird, wobei vorzugsweise die Decklagen 2 und 3 ebenfalls so ausgebildet sind, daß diese mediendurchlässig sind und die Decklagen 2; 3 aus Glas-, Natur-, Karbon- oder Aramidgeweben oder -gestricken bestehen, wobei diese Gewebe beziehungsweise Gestricke vorzugsweise mit einem Thermoplast beschichtet sind. Die so aus gebildete Struktur ist vollflächig mediendurchlässig. Die Verbindung der Decklagen 2 und 3 mit der Stützstruktur 1 kann ebenfalls in einer anderen Ausführungsform durch Verkleben oder Verschweißen erfolgen. Wird die erfindungsgemäße Sandwichstruktur zur Aufnahme von Torsionslasten verwendet, ist es vorteilhaft, die Decklagen 2 und 3 oder eine dieser Decklagen 2; 3 so auszubilden, daß diese in ihrer textilen Grundstruktur zusätzlich vorzugsweise um 45° versetzt angeordnete Endlosfasern aufweist. Ist vorgesehen, die erfindungsgemäße Sandwichstruktur für dreidimensionale Bauteile anzuwenden, ist es vorteilhaft, wenn die Decklagen 2 und 3 in ihrer textilen Grundstruktur Fasern mit einer Faserlänge von vorzugsweise 30 mm bis 100 mm aufweisen. Diese Faseranordnung kann Bestandteil der textilen Grundstruktur sein oder zusätzlich zu dieser Struktur erfolgen. Das so entstehende Gittergewebe 4 kann mit der Decklage 2; 3 einstückig ausgebildet sein oder zusätzlich oberhalb oder unterhalb der Decklage 2; 3 angeordnet sein oder die Decklage 2; 3 bilden.

Für bestimmte Anwendungen, zum Beispiel in der Filtertechnik, kann die beschrie bene erfindungsgemäße Sandwichstruktur so ausgebildet werden, daß zusätzlich zu den Decklagen 2 und 3 ein Filtergewebe 5 beziehungsweise 6 angeordnet wird. Bei einer einseitigen Anordnung des Filtergewebes 5 oder 6 entsteht so eine Struktur, bei der die Stützstruktur 1 als Grobfilter und das Filtergewebe 5 beziehungsweise 6 als Feinfilter ausgebildet ist. Für die Realisierung des erfin dungsgemäßen Gedankens ist es auch möglich, die Sandwichstruktur so auszubil den, daß die Decklagen 2; 3 und das Filtergewebe 5; 6 einseitig auf der Stützstruktur angeordnet sind.

3. Anwendungsgebiet

Für eine Reihe von Anwendungen vorwiegend im Bereich der Bauindustrie sowie für Beschilderungen in der Verkehrstechnik müssen Befestigungs- und Stützkonstruk tionen, Masten für Versorgungsleitungen, wie Elt- und Telefonmasten sowie für Windkraftmaschinen, unter anderem unter Berücksichtigung von Windkräften di mensioniert werden. Hierdurch bedingt sind schwere Konstruktionen erforderlich.

Sobald dagegen die genannten großflächigen Bauteile einen geringeren Windwi derstand aufweisen, können die erforderlichen Stützkonstruktionen leichter gestaltet werden, und dies ist mit dem Erfindungsgegenstand vorteilhaft möglich.

Ebenfalls ist eine Luftdurchlässigkeit aus anderen Gründen erforderlich, zum Bei spiel für Garagentore, Bauelemente in Tiefgaragen, Tunneltrennwänden und ähnli che. Hierfür müssen in konventioneller Bauweise von Fall zu Fall unterschiedliche Lüftungsquerschnitte installiert werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäß be schriebenen Grundkonstruktion kann auf die zusätzliche Installation separater Lüf tungsquerschnitte verzichtet werden. Für verschiedene Anwendungen im allgemei nen Maschinenbau, zum Beispiel an Bügelmaschinen, ist eine Dampfdurchlässigkeit erforderlich, und diese wird konventionell durch Lochbleche realisiert. Dies bedingt einen sehr hohen Fertigungsaufwand, Korrosionsgefahr durch Kondensat und eine schwerere Bauweise als wesentlichste Bauweisennachteile. Für Anwendungen, bei denen neben den oben genannten Festigkeits- und Steifigkeitsvorteilen zusätzlich eine Mediendurchlässigkeit gefordert wird, können alle konventionell bekannten Sandwichflächengebilde nicht oder nur unter Inkaufnahme von erheblichen Nachteilen verwendet werden. Dabei handelt es sich um Anwendungen zum Beispiel im Straßen- und Bauwesen, wie windbelastete Masten und Türme einschließlich Masten für Windkraftanlagen, großflächige Hinweisschilder, Wegweiser, Werbetafeln, Garagentore, Zwischenwände für Tiefgaragen und Tunnels, Bauteile mit Ansprüchen an Lichtdurchlässigkeit, zum Beispiel Trennwände oder Tore, die luftdurchlässig und luftdurchscheinend ausgebildet werden müssen.

In der Filtertechnik werden Anwendungen für Naß- und Trockenfilter und im allge meinen Maschinenbau Anwendungen zum Beispiel für Bügeltische, die eben oder im 3D-geformten Zustand sein können, gesehen. Eine weitere Anwendung ist in der Medizintechnik für dampfdurchlässige Desinfektionsplatten und -geräte möglich so wie im Fahrzeugbau für Kühlergrills und Komponenten für die Heizung, Lüftung und Klimaanlagen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert wer den. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Grundaufbau des erfindungsgemäßen Sandwichflächengebildes, Fig. 2 den Aufbau bei Anordnung eines Gittergewebes und Fig. 3 einen Querschnitt durch das Sandwichflächengebilde.

Ein Sandwichflächengebilde, mit dem für vorstehend aufgeführte Bauteile Vorteile im Hinblick auf eine Masseeinsparung sowie auf weitere funktionelle Verbesserungen erzielt werden können, besteht erfindungsgemäß aus einer Stützstruktur 1, die als Wabenkern beziehungsweise als offenzelliger Schaumkern ausgebildet sein kann, und beiderseits aufgeklebten beziehungsweise aufgeschweißten beziehungsweise form- oder kraftschlüssigen Decklagen 2; 3, die als Gittergewebe aus Glas-, Natur-, Karbon-, Aramid-, Kunststoff-, Stahl- oder anderen Fasern oder Mischfasern beste hen.

Die Gittergewebe können für biaxial belastete Sandwichflächengebilde eine orthogonale Faseranordnung aufweisen oder bei auftretender zusätzlicher Torsionsbeanspruchung in einem Winkel von 45° angeordnet sein. Eine weitere Steifigkeitserhöhung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen mediendurchlässigen Sandwichflächengebildes ist durch Verformung der erzeugten Bauteile erzielbar. Zu diesem Zweck wird anstelle der Decklage 2; 3 eine aus endlichen Faserlängen, vorteilhafterweise mit Faserlängen von 30 mm bis 100 mm bestehendes Gittergewebe 4 verwendet. Die Faseranordnung kann orthogonal, im Winkelversatz von 45° oder auch ungeordnet vorgenommen werden.

Mit den so aufgebauten Sandwichflächengebilden ist es möglich, mediendurchlässige steife und leichte Formteile zu fertigen. Für diesen Anwendungsfall kommt der Verbindungsschicht 7; 8 zwischen der Stützstruktur 1 und dem aus endlichen Fasern bestehenden Gittergewebe 4 die Aufgabe zu, während des in aller Regel im erwärmten Zustand durchzuführenden Umformprozesses haftvermittelnde Eigenschaften zwischen der Stützstruktur 1 und den Decklagen 2; 3 aufrechtzuerhalten. Dies ist erfindungsgemäß lösbar durch Verwendung eines sich teilweise thermoplastisch verhaltenden Haftvermittlers, der im Umformtemperaturbereich einerseits eine ausreichende Haftfestigkeit sichert und andererseits eine Relativbewegung zwischen Faser und Kern schadlos kompensieren kann. Eine weitere Anwendung betrifft den Einsatz dieser Sandwichflächengebilde vorwiegend im umgeformten Zustand für Kühlergrills von Personenkraftwagen sowie Komponenten für heizungs-, lüftungs- und klimatechnische Aufgaben.

Je nach Belastungs- und Anwendungsfall ist eine spezifische Anordnung des erfin dungsgemäßen Aufbaus der Sandwichflächengebilde möglich. So können die Decklagen 2, 3 einseitig angeordnet werden beziehungsweise als Gittergewebe 4 ausgebildet sein. Um spezielle Filtereffekte zu erzielen, ist es für derartige Anwendungen möglich, über die Decklagen 2, 3 beziehungsweise über das Gittergewebe 4 ein zusätzliches Filtergewebe 5, 6 einseitig oder beidseitig anzuordnen. Mit einer derartigen Anordnung dient die Stützstruktur 1 als Grobfilter und das Filtergewebe 5, 6 als Feinfilter.

Bezugszeichenliste

1

Stützstruktur

2

Decklage

3

Decklage

4

Gittergewebe

5

Filtergewebe

6

Filtergewebe

7

Verbindungsschicht

8

Verbindungsschicht

Claims

1. Sandwichflächengebilde bestehend aus einer Stützstruktur und Decklagen, die flächig ausgebildet und übereinander angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die Stützstruktur (1) mediendurchlässig als wabenartiger Kern oder als offenzel liger Schaumkern, vorzugsweise aus einem duromeren oder thermoplastischen Werkstoff ausgebildet ist und beiderseits an dieser Stützstruktur (1) mediendurch lässige Decklagen (2; 3) so angeordnet sind, daß sie mit der Stützstruktur (1) eine kraft- oder formschlüssige Verbindung bilden und daß zur Bildung dieser Verbin dung zusätzlich eine oder mehrere vorzugsweise thermoplastische Verbindungs schichten (7; 8) angeordnet sind.

2. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Decklagen (2; 3) in ihrer textilen Beschaffenheit orthogonal aufeinanderstehende Endlosfasern angeordnet sind.

3. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Decklagen (2; 3) zusätzlich um 45° versetzt Endlosfasern angeordnet sind.

4. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Decklagen (2; 3) Fasern mit einer endlichen Faserlänge von 30 mm bis 100 mm angeordnet sind.

5. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu sätzlich zu den Decklagen (2; 3) Filtergewebe (5; 6) angeordnet ist.

6. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (7; 8) einstückig mit der Decklage (2; 3) ausgebildet ist.

7. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Decklage (2; 3) als Gittergewebe (4) einstückig ausgebildet ist oder daß das Git tergewebe (4) zusätzlich oder anstatt der Decklagen (2; 3) angeordnet ist.

8. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Decklage (2; 3), das Filtergewebe (5; 6), die Verbindungsschicht (7; 8), das Gittergewebe (4) einseitig auf der Stützstruktur (1) einzeln oder im Verbund ange ordnet ist.

9. Sandwichflächengebilde nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Decklagen (2; 3) und/oder in dem Filtergewebe (5; 6) und/oder dem Gitter gewebe (4) Fasern mit einer endlichen Länge von vorzugsweise 30 mm bis 100 mm angeordnet sind.