DE202015105773U1

DE202015105773U1 - Gefüllte Metallsandwichstruktur

Info

Publication number: DE202015105773U1
Application number: DE202015105773.3U
Authority: DE
Original assignee: Metawell Metal Sandwich Tech GmbH; Metawell Metal Sandwich Technology GmbH
Current assignee: Metawell Metal Sandwich Tech GmbH; Metawell Metal Sandwich Technology GmbH
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-01-31
Anticipated expiration: 2025-10-31

Abstract

Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) aus einer ersten und einer zweiten Deckschicht (11, 12) sowie aus einer zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht (11, 12) angeordneten Kernschicht, welche eine gewellte Struktur aufweist, wobei durch die erste Deckschicht und die Kernschicht (13, 23, 33, 43) erste Kanäle (5) und durch die zweite Deckschicht (12) und die Kernschicht (13, 23, 33, 43) zweite Kanäle (6) ausgebildet sind, wobei zumindest die ersten und/oder die zweiten Kanäle (5, 6) mit einem schüttbaren Füllmaterial gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttbare Füllmaterial eine Rohdichte im Bereich von etwa 0,8 t/m3 bis 1,2 t/m3 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Metallsandwichstruktur aus einer ersten und einer zweiten Deckschicht sowie einer zwischen der ersten und zweiten Deckschicht angeordneten Kernschicht, welche eine gewellte Struktur aufweist. Hierbei werden durch die erste Deckschicht und die Kernschicht erste Kanäle und durch die zweite Deckschicht und die Kernschicht zweite Kanäle ausgebildet. Die ersten und/oder zweiten Kanäle können mit einem schüttbaren Füllmaterial gefüllt sein.
Gattungsgemäße Metallsandwichstrukturen werden beispielsweise im Fahrzeugbau, insbesondere im Schienenfahrzeugbau sowohl im Außen- wie auch im Innenbereich eingesetzt. Ein anderes Einsatzgebiet ist der automative Fahrzeugbau. Weitere Verwendung finden gattungsgemäße Metallsandwichstrukturen aber auch im Schiffsbau oder bei Fassaden sowie bei Kompressorgehäusen.
Ein Vorteil der gattungsgemäßen Metallsandwichstruktur ist, dass sie bei einem relativ geringen Gewicht eine relativ hohe Stabilität aufweist. Diese Stabilität ergibt sich zum einen durch die Kombination von zwei Deckschichten mit einer gewellten Kernschicht und zum anderen durch das Befüllen der entstehenden Kanäle mit einem schüttbaren Füllmaterial, welches bevorzugt Sand ist.
Herstellungsverfahren für Sandwichstrukturen sind beispielsweise aus der WO 2011/199992 A1 oder der EP 13 75 023 A1 bekannt.
Ein weiterer Vorteil gattungsgemäßer Metallsandwichstrukturen ist neben dem relativ geringen Gewicht und der hohen Stabilität auch eine gute akustische Dämpfung. Diese wird insbesondere beim Füllen der ersten und/oder zweiten Kanäle mit kantigem Sand erreicht. Eine derartige Struktur ist beispielsweise in der DE 20 2014 104 104 U1 beschrieben.
Bei der Verwendung der oben beschriebenen sandgefüllten Metallsandwichstruktur hat sich herausgestellt, dass diese eine außerordentlich gute akustische Dämpfung aufweist, jedoch dies im Vergleich zu ungefüllten Metallsandwichstrukturen mit einem verhältnismäßig hohen Gewichtszusatz erreicht wird.
Außerdem liegt die Dämpfung gattungsgemäß bei Metallsandwichstrukturen, die mit Sand gefüllt sind, weit oberhalb der normalerweise im Schienenfahrzeugbau erforderlichen akustischen Dämpfungseigenschaften. Hierbei werden akustische Dämpfungen im Bereich von 30 dB bis 33 dB gefordert, wohingegen mit Sand gefüllte gattungsgemäße Metallsandwichstrukturen, welche auch die erforderlichen statischen Eigenschaften aufweisen, eine akustische Dämpfung von ca. 38 dB erreichen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Metallsandwichstruktur mit ausreichender akustischer Dämpfung und ausreichender Statik für die Verwendung im Schienenfahrzeugbau zu schaffen, welche ein geringeres spezifisches Gewicht als bekannte gefüllte Metallsandwichstrukturen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Metallsandwichstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren und deren Erläuterung angegeben.
Entsprechend dem Anspruch 1 wird eine gattungsgemäße Metallsandwichstruktur dadurch weitergebildet, dass das schüttbare Füllmaterial eine Dichte von 0,8 t/m³ bis 1,2 t/m³ aufweist.
Ein Grundgedanke der Erfindung kann darin gesehen werden, dass erkannt wurde, dass für eine ausreichende akustische Dämpfung und eine ausreichend hohe Stabilität eine Füllung mit Sand, wie Quarzsand der eine hohe Dichte von 1,6 t/m³ aufweist, nicht zwingend erforderlich ist. Es ist ausreichend, ein schüttbares Füllmaterial zu wählen, welches eine Rohdichte im Bereich von etwa 0,8 t/m³ bis 1,2 t/m³ besitzt. Ein derartiges Material weist nach den Erkenntnissen der Erfindung eine ausreichend starke akustische Dämpfung auf, so dass es im Schienenfahrzeugbau verwendet werden kann. Eine solche Metallsandwichstruktur hat jedoch ein geringeres Gewicht als eine mit Quarzsand gefüllte Metallsandwichstruktur, so dass sich deutliche Gewichtseinsparungen ergeben.
Es ist bevorzugt, dass als schüttbares Füllmaterial Glasscherben oder Blähglasspäne beziehungsweise -scherben verwendet werden. Diese können beispielsweise im Rahmen von Altglasrecycling als zerkleinertes und/oder gebrochenes Glas zur Verfügung stehen. Die Verwendung von Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben bietet gegenüber dem Einsatz von Quarzsand mehrere Vorteile.
Zum einen handelt es sich hierbei um ein recyceltes Produkt, wodurch die aufgebaute Metallsandwichstruktur schonender mit den natürlichen Rohstoffen umgeht.
Zum anderen ist es vorteilhaft, da Glasscherben oder Blähglasspäne beziehungsweise -scherben meist deutlich günstiger sind als speziell gebrochener Quarzsand, welcher in vielen Gebieten der Welt nicht als natürlicher Rohstoff vorkommt.
Vorteilhafterweise besitzt die Metallsandwichstruktur eine akustische Dämpfung im Bereich von 33 dB. Im Schienenfahrzeugbau wird eine akustische Dämpfung im Bereich von 30 dB bis 33 dB gefordert. Mit Sand gefüllte Metallsandwichstrukturen weisen eine akustische Dämpfung im Bereich von 38 dB auf, welche weit über dem geforderten Maß liegt. Demgegenüber weisen baugleiche ungefüllte Metallsandwichstrukturen lediglich eine akustische Dämpfung im Bereich von 23 dB auf. Bei der Verwendung von Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben kann eine akustische Dämpfung im Bereich von 33 dB erreicht werden. Folglich kann mit einem günstigeren Material als Sand demnach ein Produkt geschaffen werden, welches die Vorgaben bezüglich der akustischen Dämpfung weiterhin übertrifft.
Bevorzugt ist es, wenn die Metallsandwichstruktur bei einer Stärke von etwa 11,5 mm ein spezifisches Gewicht von 13,0 kg/m² bis 17,0 kg/m², insbesondere um 15,0 kg/m² aufweist. Eine mit Sand gefüllte Metallsandwichstruktur mit ähnlicher Stärke hat ein spezifisches Gewicht von ca. 20 kg/m². Demgegenüber hat eine baugleiche ungefüllte Metallsandwichstruktur, welche nicht die erforderliche Dämpfung aufweist, ein Gewicht von etwa 7,2 kg/m². Eine mit Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben gefüllte Metallsandwichstruktur weist ein spezifisches Gewicht von lediglich 14,5 kg/m² bis 16,5 kg/m² auf, so dass dieses deutlich unter dem mit Sand gefüllten spezifischen Gewicht liegt.
Im Vergleich dazu hat eine alternative Holzplatte mit entsprechendem Aufbau, die eine Dicke von 20 mm hat, bereits ein spezifisches Gewicht von 17 kg/m², um eine ausreichende akustische Dämpfung im Bereich von 33 dB zu liefern.
Es ist bevorzugt, dass das Füllmaterial eine Körnung zwischen etwa 0,1 mm bis 0,6 mm aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass mit Füllmaterial mit diesen Eigenschaften, insbesondere bei der Verwendung von Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben mit einer derartigen Körnung, eine ausreichend starke akustische Dämpfung und ebenfalls einen hohe Stabilität erreicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten und/oder die zweiten Kanäle an den Stirnseiten der Metallsandwichstruktur geschlossen ausgebildet. Es sind verschiedene Mittel bekannt, um die Kanäle zu verschließen. Beispielsweise kann hierzu ein Klebeband verwendet werden. Ebenso ist es möglich, eine Blechstruktur anzuschweißen oder ein Blechband vorzusehen.
Eine andere Möglichkeit ist es, die Stirnseiten mittels eines U-Profils zu verschließen. Das U-Profil kann beispielsweise in einfacher Art und Weise an den Seiten der Metallsandwichstruktur aufgesteckt werden, so dass es mit den Schenkeln an den Außenseiten der beiden Deckschichten zu liegen kommt und an der Seite mit den offenen Kanälen mit der Basis zu liegen kommt. Ebenso sind verschiedene Kombinationen von Verschlusstechniken oder Verschlussmitteln möglich.
Als Material für die beiden Deckschichten und für die Kernschicht eignet sich insbesondere Aluminium.
Die gewählte Struktur der Kernschicht kann bevorzugt im Querschnitt eine wellenförmige, insbesondere sinusförmige Struktur, eine trapezförmige Struktur, eine dreiecksförmige Struktur oder eine rechteckige Struktur aufweisen. Ebenso sind auch Strukturen anderer beliebiger Polygonenzüge möglich.
Grundsätzlich ist im Sinne der Erfindung unter einer gewellten Struktur nicht zwingend eine Struktur mit einer Wellenform zu verstehen, beispielsweise mit einer sinusartigen Struktur. Wesentlich ist für die Erfindung lediglich, dass die Struktur beliebig ausgebildete Täler und Kämme aufweist, zwischen denen sich das Material der Kernstruktur jeweils erstreckt. Auf den Kämmen beziehungsweise in den Tälern kommen dann die jeweiligen Deckstrukturen zu liegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnittes einer geschnittenen erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur;
2: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer geschnittenen weiteren erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur;
3: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer geschnittenen weiteren erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur, und
4: eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer ebenfalls geschnittenen weiteren erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur.
In den 1, 2, 3 und 4 ist jeweils eine perspektivische Ansicht eines geschnittenen Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur 10, 20, 30, 40 dargestellt. Die jeweils gezeigten Metallsandwichstrukturen 10, 20, 30, 40 unterscheiden sich hauptsächlich durch die Ausführung der jeweiligen Kernschicht 13, 23, 33, 43.
Im Folgenden wird nun die Gesamtkonstruktion einer erfindungsgemäßen Metallsandwichstruktur 10, 20, 30, 40 unter Bezugnahme auf die gezeigten Ausführungsformen in den Figuren näher erläutert. In den Figuren sind jeweils gleiche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zwischen einer ersten Deckschicht 11 und einer zweiten Deckschicht 12 liegt jeweils eine unterschiedlich ausgebildete Kernschicht 13, 23, 33, 43. Die Kernschicht 13 weist in der Ausführungsform nach 1 im Querschnitt eine sinusförmige Struktur auf. Demgegenüber weist die Kernschicht 23 aus 2 eine trapezförmigen Querschnitt auf. Die in 3 eingesetzte Kernschicht 33 hat im Querschnitt eine dreieckige Grundstruktur. Abschließend ist in 4 eine Kernschicht 43 mit einem rechteckigen Querschnitt dargestellt.
Unabhängig von der gezeigten Ausbildung der Kernschichten 13, 23, 33, 43 ist die jeweilige Kernschicht 13, 23, 33, 43 jeweils mit ihren Wellenkämmen 3 an der ersten Deckschicht 11 befestigt. Ebenso ist die jeweilige Kernschicht 13, 23, 33, 43 mit ihren Tälern mit der zweiten Deckschicht 12 verbunden. Durch diese Konstruktion werden erste Kanäle 5 und zweite Kanäle 6 ausgebildet.
Als Material für die beiden Deckschichten 11, 12 sowie für die Kernschichten 13, 23, 33, 43 kann Metall, bevorzugt Aluminium verwendet werden. Die in den 1, 2, 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen können jeweils mit einer Kernschicht, welche eine Höhe von zwischen 5 mm bis 50 mm aufweist, ausgeführt sein. In diesem Fall haben die erste Deckschicht 11 und die zweite Deckschicht 12 jeweils eine Material- beziehungsweise Blechstärke zwischen 0,3 mm bis zu 2 mm. Die Material- beziehungsweise Blechstärke der Kernschicht 13, 23, 33, 43 beträgt in den Ausführungen dann 0,1 mm bis 1 mm.
Grundsätzlich sind natürlich auch Metallsandwichstrukturen mit einer größeren oder kleineren Höhe sowie mit anderen Blechdicken möglich. Dies hängt jeweils von den Anforderungen an die notwendige Stabilität ab.
Einer oder beide der Kanäle 5, 6 können mit einer Füllung aus Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben, welche bevorzugt eine Rohdichte im Bereich von 0,8 t/m³ bis 1,2 t/m³ aufweisen, gefüllt sein. Nach dem Einfüllen des Füllmaterials in einen oder beide Kanäle kann das Füllmaterial beispielsweise durch Rütteln verdichtet werden, so dass sich eine höhere Dichte ergibt.
Bei der Annahme von einer Stärke von 11,5 mm weist eine Metallsandwichstruktur, wie sie beispielsweise in 1 gezeigt ist, ein spezifisches Gewicht von etwa 7,2 kg/m² auf. Hierbei kann eine akustische Dämpfung von 23 dB erreicht werden.
Wird diese Metallsandwichstruktur mit kantigem Sand, beispielsweise Quarzsand, gefüllt, besitzt sie ein spezifisches Gewicht von 20 kg/m². Es wird dann eine akustische Dämpfung von 38 dB erreicht.
Wird die Metallsandwichstruktur jedoch anstelle von Quarzsand mit Glasscherben oder Blähglasspänen beziehungsweise -scherben gefüllt, weist sie nur ein spezifisches Gewicht 14,5 kg/m² bis 16,5 kg/m² auf, hat aber dennoch eine akustische Dämpfung von 33 dB bis 35 dB.
Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Sandwichstruktur eine Metallsandwichstruktur hergestellt werden, die eine ausreichende Dämpfung und ausreichende Statik für die Verwendung im Fahrzeug- und Schienenfahrzeugbau aufweist und gleichzeitig eine Gewichtsreduzierung im Vergleich zu einer herkömmlichen Füllung ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/199992 A1 [0004]
EP 1375023 A1 [0004]
DE 202014104104 U1 [0005]

Claims

Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) aus einer ersten und einer zweiten Deckschicht (11, 12) sowie aus einer zwischen der ersten und der zweiten Deckschicht (11, 12) angeordneten Kernschicht, welche eine gewellte Struktur aufweist, wobei durch die erste Deckschicht und die Kernschicht (13, 23, 33, 43) erste Kanäle (5) und durch die zweite Deckschicht (12) und die Kernschicht (13, 23, 33, 43) zweite Kanäle (6) ausgebildet sind, wobei zumindest die ersten und/oder die zweiten Kanäle (5, 6) mit einem schüttbaren Füllmaterial gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttbare Füllmaterial eine Rohdichte im Bereich von etwa 0,8 t/m³ bis 1,2 t/m³ aufweist.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als schüttbares Füllmaterial Glasscherben oder Blähglasspäne beziehungsweise -scherben eingesetzt sind.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen von Altglasrecycling zerkleinertes und/oder gebrochenes Glas beziehungsweise Blähglas als schüttbares Füllmaterial verwendet ist.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine akustische Dämpfung im Bereich von 33 dB bis 35 dB.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) bei einer Stärke von etwa 11,5 mm ein spezifisches Gewicht von 13,0 kg/m² bis 17,0 kg/m², insbesondere um 15,0 kg/m² aufweist.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das schüttbare Füllmaterial eine Körnung zwischen etwa 0,1 mm und etwa 0,6 mm aufweist.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kanäle (5, 6) an den Stirnseiten der Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) geschlossen ausgebildet sind.
Metallsandwichstruktur (10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (13, 23, 33, 43) im Querschnitt eine wellenförmige, eine trapezförmige, eine dreieckförmige oder eine rechteckförmige Struktur aufweist.