DE202012013002U1

DE202012013002U1 - Deformable grid structure

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Publication number: DE202012013002U1
Application number: DE201220013002
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-07-01
Anticipated expiration: 2022-10-09

Abstract

Verformbare Gitterstruktur (100) aus einem Werkstoff, umfassend mehrere Gitterknoten (110a, 110b, 110c, 110d), die über Gitterstege (120a, 120c) miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten (110a, 110b, 110c, 110d) verlaufenden Gitterstege (120a, 120c) durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur (100) Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege (120a, 120c) aufweisen.Deformable lattice structure (100) made of a material, comprising several lattice nodes (110a, 110b, 110c, 110d) which are connected to one another via lattice bars (120a, 120c), the lattice bars running between the grid nodes (110a, 110b, 110c, 110d) (120a, 120c) can be mechanically deformed by the application of external forces, the lattice structure (100) comprising areas which each have different mechanical properties of the lattice webs (120a, 120c).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verformbare Gitterstruktur und insbesondere eine verformbare Gitterstruktur, die geeignet ist, an beliebige Raumformen angeformt zu werden. The present invention relates to a deformable lattice structure and in particular to a deformable lattice structure which is suitable for being molded to any desired spatial forms.

Die Anformbarkeit an Raumformen ist beispielsweise bei Streckmetall mit Maschen bekannt. Die Maschen sind im Lieferzustand z.B. rautenförmig oder quadratisch geformt. Auf Grund dieser Geometrie sind Längsdehnung und Querkontraktion zwangsläufig gekoppelt. Aus dieser bekannten Eigenschaft resultiert eine relativ geringe Anformbarkeit von Streckmetall an räumlich stark gekrümmte Flächen. Diese Einschränkung wird durch Stückelung bzw. Einfalten oder Einschneiden und Material-Doppelung eher mühsam überwunden. The conformability to spatial forms is known, for example, with expanded metal with mesh. The meshes are on delivery, e.g. diamond-shaped or square-shaped. Due to this geometry, longitudinal strain and transverse contraction are inevitably coupled. From this known property results in a relatively low conformability of expanded metal to spatially strongly curved surfaces. This limitation is overcome rather laboriously by denomination or folding or cutting and material doubling.

Im Hinblick auf das oben Gesagte schlägt die vorliegende Erfindung eine verformbare Gitterstruktur aus einem Werkstoff vor, die mehrere Gitterknoten umfasst, die über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind. Die Gitterstruktur umfasst weiterhin Bereiche, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. Diese unterschiedlichen Bereiche können dadurch bereitgestellt werden, dass die geometrischen Eigenschaften der Gitterstege verändert werden, um eine kontinuierliche oder auch diskontinuierliche Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Gitterstruktur zu bewirken. Werden die Gitterstege weniger lang, dicker und mit einer geringeren Längenreserve ausgebildet, wird der durch gleicheoder ähnlich Gitterstege gebildete Bereich fester oder weniger nachgiebig sein als derjenige Bereich, der durch eine Anzahl an Gitterknoten und Gitterstege gebildet wird, die längere, schmalere und stärker gekrümmte Gitterstege aufweisen. In view of the above, the present invention proposes a deformable lattice structure of a material comprising a plurality of lattice nodes which are interconnected via lattice webs, wherein the lattice webs extending between the lattice nodes have a reserve of length and are mechanically deformable by applying external forces. The lattice structure further comprises regions which each have mutually different mechanical properties of the lattice webs. These different areas may be provided by changing the geometric properties of the grid bars to effect a continuous or discontinuous change in the mechanical properties of the grid structure. If the grid bars are made less long, thicker and with a smaller length reserve, the area formed by the same or similar grid bars will be more or less compliant than the area formed by a number of grid nodes and grid bars, the longer, narrower and more curved grid bars exhibit.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Ausstanzen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte ausgestanzt werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to one embodiment, a method for producing a lattice structure comprises providing a substantially planar plate of a material and punching predetermined shapes out of the planar plate, wherein there are different predetermined shapes punched from each other in different areas of the plate, so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of grid nodes are connected to each other via grid bars, wherein the running between the grid node grid webs have a reserve of length and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure comprises areas each having different mechanical properties of the grid bars.

Gemäß noch einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Ausfräsen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte ausgefräst werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to another embodiment, a method for producing a lattice structure comprises providing a substantially flat plate of a material and milling out predetermined shapes from the planar plate, wherein there are different predetermined shapes from each other, which are milled out in different areas of the plate, so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of lattice nodes are connected to one another via lattice webs, wherein the lattice webs extending between the lattice nodes have a length reserve and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the lattice structure comprises regions which each have different mechanical properties of the lattice webs ,

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Entfernen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte entfernt werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to another embodiment, a method for producing a lattice structure comprises providing a substantially planar plate of a material and removing predetermined shapes from the planar plate, wherein there are different predetermined shapes from each other, which are removed in different areas of the plate, so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of lattice nodes are connected to one another via lattice webs, wherein the lattice webs extending between the lattice nodes have a length reserve and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the lattice structure comprises regions which each have different mechanical properties of the lattice webs ,

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Erzeugen einer verformbare Gitterstruktur mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens, wobei bei der Gitterstruktur mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to a further embodiment, a method for producing a lattice structure comprises generating a deformable lattice structure by means of a rapid prototyping method, wherein in the lattice structure a plurality of lattice nodes are interconnected via lattice webs, wherein the lattice webs extending between the lattice nodes have a length reserve and by applying outer Forces are mechanically deformable, wherein the grid structure comprises regions which each have different mechanical properties of the grid webs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen: Further advantageous embodiments, details, aspects and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings. Show:

1 ein verformbares Gitter gemäß einem Ausführungsbeispiel. 1 a deformable grid according to an embodiment.

2 einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereichs aus dem Gitter gemäß 1. 2 an enlarged section of a region of the grid according to 1 ,

3 einen vergrößerten Ausschnitt eines anderen Bereichs aus dem Gitter gemäß 1. 3 an enlarged section of another area from the grid according to 1 ,

4 eine Sitzschale aus einer Gitterstruktur. 4 a seat shell of a grid structure.

In 1 ist eine verformbare Gitterstruktur 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Gitterstruktur 100 ist im Wesentlichen zweidimensional ausgebildet. In dem gezeigten Beispiel ist die Gitterstruktur 100 in einer ebenen Platte aus einem Werkstoff geformt. Dabei umgibt ein Rand 150 die eigentliche Gitterstruktur. Die verformbare Gitterstruktur 100 umfasst mehrere Gitterknoten, wie beispielsweise die exemplarisch bezeichneten Knoten 110a, 110b, 110c, 110d. Die Knoten 110a, 110b, 110c, 110d sind über Gitterstege 120a, 120c miteinander verbunden. Dabei wird die Form und die jeweilige Breite der Gitterstege 120a, 120c durch Aussparungen 130a, 130b, 130c, 130c in der Platte bestimmt. Die Dicke der Gitterstege 120a, 120c ergibt sich durch die Dicke der Platte. Die zwischen den Gitterknoten 110a, 110b, 110c, 110d verlaufenden Gitterstege 120a, 120c weisen eine Längenreserve auf. Diese ist typischerweise dadurch gebildet, dass Gitterstege 102a, 120c wellenförmig oder mäanderförmig oder zickzackförmig ausgebildet sind. Aufgrund der Aussparungen 130a, 130b, 130c, 130d und durch die Längenreserve sind die Gitterstege 120a, 120c durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar. Insbesondere können die Gitterstege 120a, 120c gestreckt und gestaucht werden. Auslenkungen der Gitterstege auch senkrecht zur Gitterebene ausgebildet sein. Gemäß diesen Ausführungsformen ist das Gitter also geometrisch gesehen in die z-Richtung ausweitet. Beispielsweise können die Gitterstege hierzu dreieckförmig und/oder trapezförmig aus der Gitterebene ausgeknickt sein. Beispielsweise können die Stege 120a, 120c bzw. Stäbe des Gitters zwischen den Kreuzungs- bzw. Knotenpunkten 110a, 110b, 110c, 110d in x, y-Richtung, also in der Gitterebene wellen-, mäander- oder zickzackförmig ausgebogen bzw. ausgeknickt sein, so dass mit relativ geringen von außen aufgebrachten Um- oder Anformkräften der Abstand zwischen den Knoten vergrößert oder auch verringert werden kann. Durch diese Formgebung erzielt man eine erheblich gesteigerte Um- oder Anformbarkeit. Weiterhin können die wellen-, mäander- oder zickzackförmigen Auslenkungen der Gitterstege auch senkrecht zur Gitterebene ausgebildet sein. Gemäß diesen Ausführungsformen ist das Gitter also geometrisch gesehen in die z-Richtung ausweitet. Beispielsweise können die Gitterstege hierzu dreieckförmig und/oder trapezförmig aus der Gitterebene ausgeknickt sein. In 1 is a deformable lattice structure 100 according to an embodiment of the present invention. The grid structure 100 is essentially formed two-dimensional. In the example shown, the grid structure is 100 formed in a flat plate of a material. Thereby an edge surrounds 150 the actual grid structure. The deformable lattice structure 100 includes multiple grid nodes, such as the nodes exemplified 110a . 110b . 110c . 110d , The knots 110a . 110b . 110c . 110d are over grid bars 120a . 120c connected with each other. In this case, the shape and the respective width of the grid bars 120a . 120c through recesses 130a . 130b . 130c . 130c determined in the plate. The thickness of the grid bars 120a . 120c results from the thickness of the plate. The between the grid nodes 110a . 110b . 110c . 110d running grid bars 120a . 120c have a length reserve. This is typically formed by grid bars 102 . 120c are formed wavy or meandering or zigzag. Because of the recesses 130a . 130b . 130c . 130d and by the length reserve are the grid bars 120a . 120c mechanically deformable by applying external forces. In particular, the grid bars 120a . 120c stretched and compressed. Deflections of the grid bars may also be formed perpendicular to the grid plane. According to these embodiments, the grating is thus geometrically expanded in the z-direction. For example, the grid bars may be bent out of the lattice plane in a triangular and / or trapezoidal manner. For example, the webs 120a . 120c or bars of the grid between the crossing or node points 110a . 110b . 110c . 110d in the x, y-direction, ie in the lattice plane wavy, meandering or zigzag-shaped be bent or buckled, so that with relatively little applied from the outside Um- or Anformkräften the distance between the nodes can be increased or reduced. By this shaping one achieves a considerably increased Umformoder Anformbarkeit. Furthermore, the wave, meander or zigzag deflections of the grid bars can also be formed perpendicular to the grid plane. According to these embodiments, the grating is thus geometrically expanded in the z-direction. For example, the grid bars may be bent out of the lattice plane in a triangular and / or trapezoidal manner.

Die Gitterstruktur 100 umfasst Bereiche 101, 102, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege 120a, 120c aufweisen. Insbesondere können die mechanischen Eigenschaften ortsvariabel sein, so dass beispielsweise die Dehnung oder die Stauchung des Gitters bzw. die zur Verformung, insbesondere auch senkrecht zur Gitterebene, aufzuwendenden Kräfte sich an verschiedenen Stellen der Gitterstruktur, z.B. in den Bereichen 101 und 102, voneinander unterscheiden. Die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften können beispielsweise durch Veränderung der Größe und/oder Form der Aussparungen 130a, 103b, 130c, 130d bewirkt werden. The grid structure 100 includes areas 101 . 102 , each of which different mechanical properties of the grid bars 120a . 120c exhibit. In particular, the mechanical properties may be spatially variable, so that, for example, the strain or the compression of the grid or the forces to be deformed, in particular also perpendicular to the lattice plane, at different points of the lattice structure, eg in the areas 101 and 102 , different from each other. The different mechanical properties, for example, by changing the size and / or shape of the recesses 130a . 103b . 130c . 130d be effected.

Dies wird nun anhand von 2, die einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereichs 101 zeigt, erläutert. Der zwischen den beiden Gitterknoten 110a und 110b verlaufende Gittersteg 120a wird durch die Kontur der beiden Aussparungen 130a und 130b bestimmt. Der Gittersteg 120a ist leicht gekrümmt mit einem Krümmungsradius R. Der Steg 120a weist weiterhin eine Länge L zwischen den beiden Knoten auf. Weiterhin weist der Steg eine Breite W auf, die durch den Abstand zwischen den Aussparungen 130a und 130b gegeben ist. Die Krümmung, bzw. der Krümmungsradius R, sowie die Breite W können entlang der Länge L des Stegs 120a variieren. This will now be based on 2 , which is an enlarged section of an area 101 shows explained. The one between the two grid nodes 110a and 110b running grid web 120a is due to the contour of the two recesses 130a and 130b certainly. The grid web 120a is slightly curved with a radius of curvature R. The bridge 120a also has a length L between the two nodes. Furthermore, the web has a width W, which is defined by the distance between the recesses 130a and 130b given is. The curvature, or the radius of curvature R, and the width W can along the length L of the web 120a vary.

Zum Vergleich ist nun in 3 ein anderer Ausschnitt 102 aus der Gitterstruktur 100 gezeigt. Die darin gezeigten Aussparungen 130c und 130d weisen eine andere Konturlinie auf als die im Bereich 101 gelegenen Aussparungen 130a und 130b. Somit weist auch der durch die Aussparungen 130c und 130d bestimmte Gittersteg 120c andere Eigenschaften, insbesondere eine größere Länge L*, eine stärkere Krümmung R* und eine kleinere Breite W*, auf. Aufgrund dieser Unterschiede sind die mechanischen Eigenschaften des Stegs 120c im Bereich 102 von denen des Stegs 120a im Bereich 101 verschieden. So lässt sich der Gittersteg 120c leichter verformen und kann aufgrund seiner größeren Längenreserve größere Dehnungen und/oder Stauchungen aufnehmen. Der Steg 120c ist somit "weicher" als der Steg 120a. For comparison is now in 3 another section 102 from the grid structure 100 shown. The recesses shown therein 130c and 130d have a different contour than those in the area 101 located recesses 130a and 130b , Thus also points through the recesses 130c and 130d certain grid web 120c other properties, in particular a greater length L *, a greater curvature R * and a smaller width W *, on. Because of these differences are the mechanical properties of the web 120c in the area 102 from those of the jetty 120a in the area 101 different. This is how the grid bar can be 120c easier to deform and can accommodate greater strains and / or compressions due to its greater length reserve. The jetty 120c is thus "softer" than the bridge 120a ,

Ganz allgemein und unabhängig von dem in den 1 bis 3 gezeigten konkreten Ausführungsbeispiel können in Gitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung die verschiedenen mechanischen Eigenschaften durchunterschiedliche Dicken des Werkstoffs in den jeweils Bereichen bewirkt werden. Zusätzlich oder alternativ können die verschiedenen mechanischen Eigenschaften Bereiche mit geraden Stegen können in der Gitterstruktur 100 vorgesehen sein, um lokal verschiedene mechanische Eigenschaften hervorzurufen. More generally and independently of that in the 1 to 3 In the concrete embodiment shown in lattice structures according to embodiments of the present invention, the different mechanical properties can be effected by different thicknesses of the material in the respective areas. Additionally or alternatively, the different mechanical properties may be areas with straight lands in the lattice structure 100 be provided to cause locally different mechanical properties.

Gemäß einigen Ausführungsbeispielen können sich die mechanischen Eigenschaften der Gitterstruktur in einer oder mehreren Raumrichtungen kontinuierlich verändern. Insbesondere können sich die mechanischen Eigenschaften entlang eines Gradientenfeldes verändern, um einen sogenannten Gradientenwerkstoff bereitzustellen. Dabei kann die Gitterstruktur gemäß einigen Ausführungsbeispielen elastisch verformbar sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Gitterstruktur plastisch verformbar sein. Gemäß wieder anderen Ausführungsbeispielen kann die Gitterstruktur elastisch und plastisch verformbar sein. Dabei kann beispielsweise die Krümmungsvarianz bzw. die Zackungsvarianz innerhalb der Gitterstruktur vor- konfektioniert sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Krümmungsvarianz bzw. die Zackungsvarianz werkstückindividuell angepasst, was beispielsweise mittels CNC-Bearbeitung oder einer Herstellung nach einem Rapid-Prototyping-Verfahren auf einfache Weise möglich ist. Dabei können die jeweils ortsabhängigen mechanischen Eigenschaften im Herstellungsprozess aus ortsabhängigen Anforderungsdaten ermittelt werden. According to some embodiments, the mechanical properties of the grid structure may vary continuously in one or more spatial directions. In particular, the change mechanical properties along a gradient field to provide a so-called gradient material. In this case, the grid structure may be elastically deformable according to some embodiments. According to other embodiments, the grid structure may be plastically deformable. According to yet other embodiments, the grid structure may be elastically and plastically deformable. In this case, for example, the curvature variance or the serrated variance can be pre-fabricated within the lattice structure. According to another embodiment, the curvature variance or the Zackungs variz workpiece individually adapted, which is possible for example by means of CNC machining or production by a rapid prototyping method in a simple manner. In this case, the location-dependent mechanical properties in the production process can be determined from location-dependent requirement data.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bilden die Gitterknoten in einem nicht verformten Ausgangszustand ein im Wesentlichen zweidimensionales Gitter, wie es etwa in 1 gezeigt ist. Gemäß anderen Ausführungsformen bilden die Gitterknoten in einem nicht verformten Ausgangszustand ein im Wesentlichen dreidimensionales Gitter, beispielsweise mit einer tetraedrischen, oktaedrischen oder kubischen räumlichen Einheitszelle. Ebenfalls denkbar sind dreidimensionale Gitterstrukturen, die auf einer Truss-Struktur beruhen. According to an embodiment of the present invention, the grid nodes in a non-deformed initial state form a substantially two-dimensional grid, such as in FIG 1 is shown. According to other embodiments, the grid nodes in a non-deformed initial state form a substantially three-dimensional grid, for example with a tetrahedral, octahedral or cubic unitary space cell. Also conceivable are three-dimensional lattice structures which are based on a truss structure.

Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können als Werkstoffe beispielsweise Metall, Papier, Pappe und/oder Kumststoff verwendet Gitterstrukturen, die auf einer Truss-Struktur beruhen. According to embodiments of the present invention may be used as materials, for example metal, paper, cardboard and / or Kumststoff lattice structures, which are based on a truss structure.

Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können als Werkstoff beispielsweise Metall, Papier, Pappe und/oder Kunststoff verwendet werden. According to embodiments of the present invention may be used as a material, for example, metal, paper, cardboard and / or plastic.

Beispielweise können die Gitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung mit aushärtenden oder elastisch aus polymerisierenden oder trocknenden Stoffen oder Massen ausgefüllt oder beschichtet werden und kommen damit z.B. als Putzträger in Frage sowie als im Bedachungsbereich unter dem Begriff "Blei-Ersatz" bekannte marktgängige Produkte. Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind Distanzhalter für hinterlüftete Verkleidungen, maßangeformte Verpackungen für kugelige Gegenstände u. a., Trockengitter in Industrie und Haushalt, GFK- ersetzende Reparatur-"Matte" im Kfz-Bereich u. a.. Die Gitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können insbesondere zur Herstellung Energie absorbierender Bauteile, etwa für die Knautschzone in Kraftfahrzeugen, genutzt werden. Weiterhin sind Gitterstrukturen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung geeignet zur Herstellung von Rückenlehnen, Sitzschalen und/oder Hängematten. Insbesondere können beispielsweise Rollstühle patientenindividuell angepasst werden. Auf diese Weise kann beispielsweise einer bestimmten Deformation, etwa durch Skoliose, Rechnung getragen werden. Ebenfalls kann der Entstehung von Dekubitus vorgebeugt werden. Weitere Anwendungsfelder für die oben beschriebenen Gitterstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Hochbau, der Tiefbau sowie der Modellbau. Weiterhin können die beschriebenen Gitterstrukturen in Kunst und Design verwendet werden. For example, in accordance with embodiments of the invention, the lattice structures may be filled or coated with curing or elastically polymerizing or drying substances or masses, and come therewith e.g. as a plaster carrier in question as well as known in the roofing area under the term "lead replacement" marketable products. Other applications are spacers for ventilated panels, custom-made packaging for spherical objects u. a., Dry grate in industry and household, GFRP replacement repair "mat" in the automotive sector u. The lattice structures according to embodiments of the present invention can be used in particular for producing energy-absorbing components, for example for the crumple zone in motor vehicles. Furthermore, grid structures according to embodiments of the present invention are suitable for the production of backrests, seat shells and / or hammocks. In particular, wheelchairs, for example, can be customized for each patient. In this way, for example, a certain deformation, such as by scoliosis, be taken into account. Also, the development of bedsores can be prevented. Further fields of application for the lattice structures described above according to the present invention are building construction, civil engineering and model construction. Furthermore, the described lattice structures can be used in art and design.

Bei einer Anwendung der Gitterstruktur für eine Sitzschale ist es möglich, eine an den Nutzer angepasste Form bereitzustellen, die den Nutzer bei einem ergonomisch korrekten Sitzen unterstützt und gleichzeitig aufgrund der Verformbarkeit eine ausreichende Flexibilität bereitstellt, um Bewegungen zuzulassen. Diese einander entgegenstehenden Eigenschaften können durch die Gitterstruktur verwirklicht werden, die aus nur einem Material gefertigt werden kann und eine optimale Anpassung ermöglicht, ohne dass Spezialwerkzeug eingesetzt werden muss. Durch die Ausnehmungen zwischen den Gitterstegen wird eine gute Belüftung des Rückens ermöglicht. In one application of the grid structure for a seat pan, it is possible to provide a user-adapted form that assists the user in ergonomically correct sitting while providing sufficient flexibility to allow for movement due to deformability. These opposing properties can be realized by the lattice structure, which can be made of only one material and allows for optimal adaptation without the need for special tools. Through the recesses between the grid bars a good ventilation of the back is made possible.

Er ist auch möglich und vorgesehen, dass mehrere Lagen einer Gitterstruktur übereinander angeordnet sind, um in Bereichen erhöhter Belastung oder bei besonderen Stabilitätsanforderungen eine verbesserte Steifigkeit zu erreichen, ohne dass die Materialstärke der einzelnen Gitterstruktur erhöht werden müsste. Die Gitterstruktur kann in einem Halterahmen, beispielsweise einem federnden Stuhlrahmen, einem Rollstuhl, einer Haltespange, die eine Sitzschale aus der Gitterstruktur in Längs- und/oder Querrichtung umgreift, oder einem Bettrahmen angeordnet sein. It is also possible and envisaged that a plurality of layers of a lattice structure are arranged one above the other in order to achieve improved rigidity in regions of increased load or in the case of special stability requirements, without the material thickness of the individual lattice structure having to be increased. The grid structure may be arranged in a holding frame, for example a resilient chair frame, a wheelchair, a holding clasp, which surrounds a seat shell of the grid structure in the longitudinal and / or transverse direction, or a bed frame.

Aufgrund der Verformbarkeit der Gitterstruktur ist eine autoadaptive Formgebung möglich, bei der durch das Gewicht der Nutzers, beispielsweise bei einer Sitzschale, die Schalenform durch das Hinsetzen und Belasten erzeugt wird und eine optimale Abstützung des Rückens gewährleistet wird. Bei einer Sitzschale können bereits Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit festgelegt werden, so dass Bereiche mit eine gewünschten hohen Flexibilität mit dünnen, schmalen, stark gekrümmten Gitterstegen ausgestaltet sind, während Bereiche mit gewünschter Unterstützung mit dickeren, kürzeren und geraderen Gitterstegen versehen werden. Due to the deformability of the grid structure, an auto-adaptive design is possible in which the weight of the user, for example in a seat, the shell shape is generated by sitting down and loading and optimal support of the back is ensured. In a seat pan areas of different stiffness can already be set so that areas with a desired high flexibility are designed with thin, narrow, strongly curved grid bars, while areas with desired support are provided with thicker, shorter and straighter grid bars.

Die Materialstärke des Werkstoffes gibt die Grundfestigkeit der Matte oder der späteren Gitterstruktur vor, während die Maschengröße, also die Dimensionierung der Ausnehmung in dem Grundwerkstoff die Feinheit der Aufrasterung des Gitters und damit den Grad der Einstellbarkeit definiert. Die Stegbreite der Gitterstege legt das Verhältnis zwischen Material und Nichtmaterial fest, wobei die Stegbreitenvarianz die Materialdeckung in den zu stützenden Bereichen vergrößert oder verringert. Die Kurvenstärke oder Krümmung der Gitterstege bestimmt die Elastizität der Gitterstruktur, hierfür können Maximal- und Minimalwerte angegeben werden. The material thickness of the material specifies the basic strength of the mat or the later lattice structure, while the mesh size, ie the dimensioning of the recess in the Base material defines the fineness of the grid's lattice and thus the degree of adjustability. The web width of the grid webs determines the relationship between material and non-material, wherein the web width variance increases or decreases the material coverage in the areas to be supported. The curvature or curvature of the grid webs determines the elasticity of the grid structure, this maximum and minimum values can be specified.

In der 4 ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gitterstruktur 100 in Gestalt einer Sitzschale gezeigt. Die Gitterstruktur 100 kann mit einem Rand 150 ohne Ausnehmungen versehen sein, ebenso ist es möglich und vorgesehen, dass die Gitterstruktur 100 in einem nicht dargestellten Halterahmen angeordnet ist, der an den gewünschten Stellen die Gitterstruktur 100 aufnimmt und abstützt. In der Ausgestaltung als Sitzschale weist die Gitterstruktur 100 unterschiedliche Bereiche 160, 170, 180 auf, die eine voneinander abweichende Flexibiltät und Elastizität und Elastizität aufweisen. Die Bereiche 160 weisen eine vergleichsweise hohe Flexibilität auf, die Bereiche 170 sind besonders stabil und mit einer geringen Nachgiebigkeit und Anformbarkeit ausgebildet, während die Bereiche 180 eine zwischen diesen Maximal- und Minimalwerten liegende Elastizität und Stabilität aufweisen. Die jeweiligen Bereiche können durch Druckmessplatten oder Druckbereichsmessungen ermittelt werden, so dass entsprechend der jeweiligen Druckzonen die Gitterstruktur 100 mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgestattet wird. Diese unterschiedlichen Eigenschaften werden durch unterschiedlich ausgebildete Breiten, Längen und Krümmungen der Gitterstege realisiert, die Bereiche großer Nachgiebigkeit haben eine geringe Stegbreite, eine große Krümmung und lange Gitterstege, während die Bereiche 170 mit erhöhten Festigkeitsanforderungen relativ kurze Gitterstege mit einem geringen Krümmungsgrad sowie einer großen Materialbreite aufweisen. Die Materialstärke der Gitterstruktur 100 ist vorteilhafterweise einheitlich, um die Grundfestigkeit vorzugeben. Die Bereiche 160 mit hoher Flexibilität sind mit einer verhältnismäßig geringen Maschengröße versehen, wodurch die Aufrasterung der Gitterstruktur vergrößert wird und die Verformbarkeit feiner erfolgen kann als in Bereichen mit einer großen Maschengröße, beispielsweise die stärker unterstützten Bereiche 170. In the 4 is an example of application of the lattice structure according to the invention 100 shown in the form of a seat. The grid structure 100 can with a border 150 be provided without recesses, just as it is possible and provided that the grid structure 100 is arranged in a holding frame, not shown, at the desired locations, the grid structure 100 receives and supports. In the embodiment as a seat shell, the grid structure 100 different areas 160 . 170 . 180 on, which have a different flexibility and elasticity and elasticity. The areas 160 have a comparatively high degree of flexibility, the areas 170 are particularly stable and formed with a low compliance and formability while the areas 180 have an elasticity and stability lying between these maximum and minimum values. The respective areas can be determined by pressure measuring plates or pressure area measurements, so that the grid structure corresponding to the respective pressure zones 100 equipped with different properties. These different properties are realized by differently shaped widths, lengths and curvatures of the grid webs, the areas of high flexibility have a small web width, a large curvature and long grid webs, while the areas 170 having increased strength requirements have relatively short grid bars with a low degree of curvature and a large material width. The material thickness of the lattice structure 100 is advantageously uniform to specify the basic strength. The areas 160 with high flexibility are provided with a relatively small mesh size, whereby the grid of the grid structure is increased and the deformability can be finer than in areas with a large mesh size, for example, the more supported areas 170 ,

Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur, wie sie beispielsweise oben beschrieben wurde, das Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Ausstanzen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es in voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte ausgestanzt werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to one embodiment, a method for producing a lattice structure, as described above, for example, comprises providing a substantially planar plate of a material and punching predetermined shapes out of the planar plate, wherein there are different predetermined shapes from one another in different Are punched areas of the plate so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of grid nodes are interconnected via grid webs, wherein the running between the grid node grid webs have a reserve of length and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure comprises areas which each have different mechanical properties of the grid webs.

Gemäß noch einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen einer im wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Ausfräsen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es in voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte ausgefräst werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to another embodiment, a method of manufacturing a lattice structure according to an embodiment of the present invention comprises providing a substantially flat sheet of a material and milling predetermined shapes out of the flat sheet, wherein there are predetermined shapes different from each other in different areas the plate are milled so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of grid nodes are interconnected via grid bars, wherein the running between the grid node grid webs have a reserve of length and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure comprises areas, each have different mechanical properties of the grid webs.

Gemäß einer anderen Ausführungsform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Bereitstellen einer im Wesentlichen ebenen Platte aus einem Werkstoff und das Entfernen vorgegebener Formen aus der ebenen Platte, wobei es in voneinander verschiedene vorgegebene Formen gibt, die in unterschiedlichen Bereichen der Platte entfernt werden, so dass eine verformbare Gitterstruktur erhalten wird, bei der mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. Das Entfernen kann durch geeignete Trennverfahren erfolgen, insbesondere Ausfräsen, Stanzen oder Ausschneiden, beispielsweise Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen. According to another embodiment according to an embodiment of the present invention, a method for producing a grid structure comprises providing a substantially flat plate of a material and removing predetermined shapes from the planar plate, wherein there are different predetermined shapes in different areas the plate are removed, so that a deformable lattice structure is obtained in which a plurality of grid nodes are interconnected via grid bars, wherein the lattice webs extending between the grid nodes have a reserve of length and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure comprises areas, each have different mechanical properties of the grid webs. The removal can be carried out by suitable separation methods, in particular milling, punching or cutting, for example laser beam cutting, water jet cutting or the like.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Gitterstruktur das Erzeugen einer verformbare Gitterstruktur mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens, wobei bei der Gitterstruktur mehrere Gitterknoten über Gitterstege miteinander verbunden sind, wobei die zwischen den Gitterknoten verlaufenden Gitterstege eine Längenreserve aufweisen und durch Aufbringen äußerer Kräfte mechanisch verformbar sind, wobei die Gitterstruktur Bereiche umfasst, die jeweils voneinander verschiedene mechanische Eigenschaften der Gitterstege aufweisen. According to a further embodiment according to an exemplary embodiment of the present invention, a method for producing a lattice structure comprises generating a deformable lattice structure by means of a rapid prototyping method, wherein in the lattice structure a plurality of lattice nodes are connected to one another via lattice webs, the lattice webs extending between the lattice nodes having a lattice structure Have length reserve and are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure comprises areas which each have different mechanical properties of the grid bars.

Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollen keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden. Insbesondere können einzelne Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele in andere Ausführungsformen übernommen werden oder verschiedene Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, solange sich die kombinierten Merkmale nicht technisch bedingt gegenseitig ausschließen. The present invention has been explained with reference to exemplary embodiments. These embodiments should by no means be understood as limiting the present invention. In particular, individual features of the various embodiments may be incorporated into other embodiments or different embodiments may be combined with each other as long as the combined features are not mutually exclusive for technical reasons.

Claims

Deformable grid structure ( 100 ) of a material comprising a plurality of grid nodes ( 110a . 110b . 110c . 110d ), which are connected via grid bars ( 120a . 120c ), the between the grid nodes ( 110a . 110b . 110c . 110d ) running grid bars ( 120a . 120c ) are mechanically deformable by applying external forces, wherein the grid structure ( 100 ) Comprises areas which each have mutually different mechanical properties of the grid bars ( 120a . 120c ) exhibit.

A lattice structure according to claim 1, wherein the between the grid nodes ( 110a . 110b . 110c . 110d ) running grid bars ( 120a . 120c ) have a length reserve.

A lattice structure according to claim 2, wherein the grid bars ( 120a . 120c ) are wave-shaped and / or meander-shaped and / or zigzag-shaped to provide the length reserve.

Grid structure according to one of the preceding claims, wherein the grid structure ( 100 ) Has areas in which no grid bars ( 120a . 120c ) are formed.

Lattice structure according to one of the preceding claims, wherein the different mechanical properties are due to different thicknesses and / or widths and / or lengths and / or curvatures of the grid webs ( 120a . 120c ) in the respective areas.

Grid structure according to one of the preceding claims, wherein the grid webs ( 120a . 120c ) are jagged differently in the respective areas.

Lattice structure according to one of the preceding claims, wherein the mechanical properties of the lattice structure ( 100 ) continuously change in one or more spatial directions.

A lattice structure according to any one of the preceding claims, wherein the mechanical properties change along a gradient field.

Grid structure according to one of the preceding claims, wherein the grid structure ( 100 ) is elastically and / or plastically deformable.

Grid structure according to one of the preceding claims, wherein the grid nodes ( 110a . 110b . 110c . 110d ) form a substantially two-dimensional lattice in an undeformed initial state.

A lattice structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the grid nodes ( 110a . 110b . 110c . 110d ) form a substantially three-dimensional lattice in a non-deformed initial state.

A lattice structure according to any one of the preceding claims, wherein the material is selected from the group consisting of: metal, paper, cardboard and plastic.