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Kern schicht für Leichtbauteile
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernschicht zur Herstellung widerstandsfähiger
Wandungen mit faserverstärkten Materialien in Leichtbauweise, Seit langem sind verschiedene
Bauweisen bekannt, die leichte und trotzdem biegesteife Wandungen ergeben und besonders
im Boots-, Flugzeug- und Fahrzeugbau angewandt werden (zum Beispiel W. Empacher:
Der Bau von Kunststoffbooten; Delius, Klasing & Co., Bielefeld 1973). Ihnen
allen ist gemeinsam, daß die wesentlichen, bei Biegung auftretenden Zug- und Druckkräfte
von den beiden äußeren Schichten aus Material hoher Festigkeit aufgenommen werden,
die ihrerseits durch eine möglichst leichte Kernschicht in dem für das nötige Widerstandsmoment
erforderlichen gegenseitigen Abstand gehalten werden. Diese Kernschicht hat dabei
Zug- und Druckkräfte zwischen den äußeren Schichten, sowie Schubspannungen aufzunehmen.
Darüberhinaus werden an sie - je nach Anwendungsfall - weitere Anforderungen gestellt.
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Um derartige biegesteife Wandungen zu erhalten, werden bisher Schichten
aus Hartschaumstoff, Balsahirnholz oder Metall- bzw. Kunststoffwaben zwischen Deckschichten
aus faserverstärkten Kunststoffen angeordnet. Auch werden hohlraumbildende Körper
mit Kunststoffen umgossen und gegebenenfalls mit zusätzlichen Deckschichten versehen
(DT - OS 24 44 737), oder es werden langgestreckte, leichte Körper, wie Röhren,
aufblasbare Schläuche (FR -PS 1.495.841 und FR-ZPS 94.175 undDT-GbmS 6610559), Schaumstoffstreifen
(DT-OS 20 59 157) oder Wellkerne mit faserverstärkten Kunststoffen umgeben. Weiter
wurde vorgeschlagen, kunststoffgetränkte, aufeinanderliegende Gewebeschichten miteinander
zu vernähen oder zu verweben und dann Hohlräume dazwischen aufzublasen (DT-AS 13
03 387). Auch ist ein Verfahren bekannt, bei dem Waben mit Hilfe eines Mehrschichtengewebes
hergestellt
und zwischen Deckschichten verarbeitet werden (DT-OS
20 52 431), und es sind weiter zwei Verfahren bekannt, in denen zwischen Deckschichten
gelegte Rovingstränge die hohlraumerzeugenden, abstandhaltenden Zellwände bilden
(DT-OS 2052431 und DT-AS 2363 155). In einem weiteren Verfahren wird ein zwischen
zwei dünnen Häuten befindliches Faserskelett zur Bildung der abstandhaltenden St4tzstruktur
benutzt (DT - OS 1 784 565).
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Die genannten Verfahren haben jedoch verschiedene Nachteile. kernschichten
aus Schaumstoff werden bei örtlicher Belastung leicht zerstört, so daß das Bauteil
aufspaltet. Denselben Nachteil haben Wabenkerne aus Metall oder Kunststoff, welche
bisher bekannt sind. Sie brechen leicht oder lösen sich von den Deckschichten ab.
Bei Balsahirnholz als Kernmaterial besteht die Gefahr, daß sich bei geringfügiger
Beschädigung einer Deckschicht z. B.
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eindringendes Wasser Uber einen großen Bereich des Kernmaterials ausbreiten
kann. Denselben Nachteil haben Röhren und Wellkerne. Bei ihnen kommt hinzu, daß
sie sich in zwei Richtungen gekrummten Flächen nur schlecht anpassen lassen, und
daß die Eigenschaften des fertigen Bauteils zwangsläufig stark richtungsabhängig
sind. Letztere - in vielen Anwendungsfällen sehr unerwünschte Eigenschaft - haben
auch Bauweisen, wie die in DT-OS 20 zu 59 157 beschriebene, bei denen Schaumstoffstreifen,
die mit faserverstärkten Kunststoffen umgeben sind, als Kernmaterial dienen. Der
Nachteil zwangsläufiger Richtungsabhöngigkeit der Eigenschaften bezieht sich besonders
auf die Festigkeit, sowohl hinsichtlich der abstandhaltenden Wände als auch der
Deckschichten. Unmittelbar ergeben sich, wenn Uberhaupt, nach den bisher bekannten
Verfahren in mehreren Richtungen durchgehende Faserstrukturen in den Deckschichten
höchstens auf einer Seite, während auf mindestens einer Seite die Faserstruktur
parallel zu den langgestreckten Stützkörpern immer wieder unterbrochen ist.
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Auch das in DT 24 44 737 beschriebene Verfahren, bei dem kugelähnliche,
leichte Stützkörper, die auch Luftblasen zwischen zwei ausgestanzten Folien sein
können, mit härtenden Kunststoffen umgossen werden, hat den entscheidenden Nachteil,
daß auf diese Weise keine, für die erwUnschte hohe Festigkeit unerläßliche, Faserverstärkung
in die Kernschicht eingebracht wird, sondern diese Verstärkung auf die Deckschichten
beschränkt bleibt. Außerdem besteht hier beim Aneinanderfügen einzelner Stützkörper
die
Gefahr, daß die Wände der Hohlräume an den Berührungsstellen sehr dünn oder gar
durchlöchert werden, so daß sich z. B. bei einer kleinen Beschädigung eindringendes
Wasser zwischen Stützktirpern und Gießmasse allmählich weiter ausbreiten könnte.
Diese Möglichkeit besteht auch bei der vorgeschlagenen Verwendung von Bläschenmatten
längs der Verbindungsstege zwischen den Bläschen, welche dabei als Stützkörper dienen.
Derartige Verbindungsstege stellen grundsätzlich Schwachstellen für das Ausbreiten
eingedrungener Flüssigkeit dar.
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Die Schwierigkeit, die Wände zwischen den Hohlräumen aus faserverstärktem
Material zu bilden, wird von dem in DT-AS 13 03 387 beschriebenen Verfahren, bei
dem kunststoffgetränkte, aufeinanderliegende Gewebeschichten, die miteinander vernäht
oder verwebt sind, zwar gelöst, doch besteht hier wieder der Nachteil, daß sich
entweder keine senkrechten Zellwände oder unmittelbar keine zwei durchgehenden-
Deckschichten ergeben. Außerdem werden Materialien benötigt, die zwar während des
Verarbeitens streckbar sind, danach jedoch eine hohe Festigkeit besitzen sollen.
Dies sind zwei schwer gleichzeitig zu erfüllende Forderungen.
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In DT-OS 20 52.431 wird ein Mehrschichtengewebe beschrieben, bei dem
sich gekreuzte Rovingstränge zwischen zwei weiteren Gewebelagen befinden. Auch dieser
Aufbau hat schwerwiegende Nachteile. Es liegen hier die Fasern der Ravingstränge
parallel zu den Deckschichten und damit quer zur Hauptbelastungsrichtung dazwischen.
Ein derartiges Bauteil spaltet deshalb leicht auf. Diese Eigenschaft wird auch nicht
wesentlich durch das Anheften der Rovingstränge an die Deckschichten nach dem dort
beschriebenen Verfahren abgemildert, denn die dazu benutzten Fäden fehlen an diesen
Stellen in den Deckschichten, so daß immer nur ein kleiner Anteil der Fäden hierzu
herangezogen werden kann. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil ist, daß sich mit
einem solchen Mehrschichtengewebe nur eine geringe Höhe erzielen läßt, oder aber
sehr breite und damit entsprechend schwere.RovingbUndel in Kauf genommen werden
müssen, da sich.ohne weiteres nicht beliebig viele Rovingstränge zu einer schmalen,
hohen Wand stapeln lassen. Für das in DT-AS 23 63 155 beschriebene, sehr ähnliche
Verfahren gelten die genannten Nachteile entsprechend. Eine webtechnische Verbindung
zwischen den Deckschichten und den Rovingsträngen ist dort ohnehin nur an den Kreuzungsstellen
der
letzteren vorgesehen. Mit der anderen, in DT-OS 20 52 431 beschriebenen Möglichkeit,
gewebte Waben aus einem Nehrschichtengewebe herzustellen, lassen sich zwar etwas
größere Schichtdicken bei dünnen Wabenwänden herstellen, und ein größerer Anteil
der Fasern steht in der Hauptbelastungsrichtung, doch bleibt als sehr schwerwiegender
Nachteil, daß die Verbindung von den Waben zu den Deckschichten nur Ueber das wenig
feste Kunstharz, und dies auch nur auf der kleinen Fläche der Wabenränder erfolgt1
so daß hier eine noch größere Gefahz des Aufspaltens besteht.
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Die in der FR-PS 1.495.841 und derDl-GbmS 6610559 angegebenen Verfahren,
bei denen aufblasbare Schläuche mit Fasermaterialien umgeben werden, haben erstens
den Nachteil einer zwangsläufig starken Richtungsabhängigkeit der Festigkeitseigenschaften'
da die nebeneinanderliegenden Faserschläuche nur durch das Matrixmaterial oder zusätzliche
Schichten aus Fasermaterial verbunden sind. Zweitens kann das Ausbreiten eingedrungener
Flüssigkeit nur durch das nachträgliche Ausschäumen der als Stützkörper dienenden
Schläuche verhindert werden. Soll dieses einigermaßen wirkungsvoll sein, muß der
Schaum einen hohen Anteil geschlossener Zellen enthalten, was nur bei verhältnismäßig
schweren Schäumen erreichbar ist. Auch stellen die Grenzflächen zwischen der Innenwand
des Schlauches und der Oberfläche des Schaumes und zwischen der Außenwand des Schlauches
und dem faserverstärkten Material grundsätzlich Schwachstellen für das Ausbreiten
von Flüssigkeit dar. In FR-ZPS 94.175 wird durch das Verflechten der Schläuche miteinander
zwar bessere Querfestigkeit erreicht, doch erhält man in keiner Richtung mehr unmittelbar
durchgehende Deckschichten. Außerdem befindet sich an den Stellen, an denen die
Schläuche übereinanderliegen, faserverstärktes Material etwa in der Mitte zwischen
den Deckschichten, wo es kaum zur Festigkeitbeiträgt und daher unnötig das Gewicht
erhöht. Auch die übrigen Nachteile der beiden obengenannten Verfahren bleiben bestehen,und
außerdem sind alle drei Verfahren recht arbeitsaufwendig.
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Auch in DT-OS 1 784 565 werden Möglichkeiten beschrieben, das innere
Tragwerk eines Leichtbauteils mit einer Faserverstärkung zu versehen.
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Hierbei werden entweder die äußeren Deckschichten únd das innere Tragwerk
getrennt vorgefertigt und eine Verbindung zwischen ihnen nur über das Kunstharz
hergestellt, oder es wird mit Fasern vermischtes Kunstharz zwischen
die
zur Formgebung dienenden Häute gespritzt. Beide Verfahren ergeben ein Bauteil mit
nur ungenügender Festigkeit. Im ersten Fall reicht das wenig feste Kunstharz nicht
aus, um mit Sicherheit ein Aufspalten zu verhindern, besonders, da die Verbindung
nur auf einem verhältnismäßig kleinen Bruchteil der Gesamtfläche erfolgt. Im zweiten
Fall ergibt sich durch das Einspritzen des mit Fasern vermischten Harzes eine unkontrollierbare
Ausrichtung der Fasern und somit auch wieder ungenügende Festigkeit. Ausserdem ist
das zweite Verfahren bei verhältnismäßig fein gegliederter Stützstruktur und komplizierten
Formen, was beispielsweise für den Bootshatr gilt, übermäßig arbeitsaufwendig. Beide
Verfahren haben obendrein den Nachteil, daß die zur Formgebung dienenden Häute in
jedem Fall eine Unterbrechung der Faserstruktur, verbunden mit entsprechender Kerbwirkung
und Veiiingerung der Verbindungsfläche zwischen innerem Tragwerk und den Deckschichten
verursachen, was alles die Festigkeit mindert. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil
bei der ebenfalls beschriebenen Möglichkeit, geschlossene Zellen zu bilden, besteht
darin, daß die Häute unmittelbare Verbindungen zwischen den Stützkörpern herstellen
und so in den Wänden geschlossener Zellen Schwachstellen für das Ausbreiten eingedrungener
Flüssigkeit verursachen.
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Aus den genannten Mängeln bisher bekannter Verfahren erwächst die
Aufgabe, eine leichte Kernschicht zu schaffen, die in der Lage ist, die Deckschichten,
welche die wesentlichen, bei Biegung auftretenden Kräfte aufnehmen, im dazu nötigen
Abstand voneinander zu halten, und eine sichere Verbindung zu ihnen zu ermöglichen.
Sie muß trotz ihres geringen Gewichts selber hohe Festigkeit besitzen, und die Festigkeitseigenschaften
sollen dem jeweiligen Zweck möglichst gut angepaßt werden können; insbesondere dürfen
nicht zwangsläufig ausgeprägte Richtungsabhängigkeiten bestehen. Die Forderung hoher
Festigkeit gilt besonders auch für die Widerstandsfähigkeit gegenüber Kräften, die
ein Aufspalten des Bauteils bewirken könnten. Die Kernschicht muß weiter die wesentliche
Forderung erfüllen, daß sich in ihr auch bei einer Beschädigung eindringende Flüssigkeit
mit Sicherheit nicht weit über die unmittelbare Umgebung der Schadstelle hinaus
ausbreiten kann. Darüberhinaus muß sie selbst gekrümmten Flächen in jeder Richtung
gut anzupassen sein.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kernschicht
gelöst, die im wesentlichen aus einer flächenhaften Anordnung unmittelbar nebeneinanderliegender
Zellen besteht, die sich dadurch auszeichnen, daß jede einzelne von ihnen sich in
jeder Richtung der Fläche nur über ein sehr kleines Stück des Bauteils erstreckt,
ihre Höhe gleich der Dicke der Kernschicht ist, und daß in ihren Wänden faserhaltiges
Material enthalten ist, welches mit einem flüssigen, aber härtbaren Matrixmaterial
tränkbar ist0 Dabei ist für die Erfindung wesentlich, daß die Faserstruktur einer
jeden Zelle um jeweils einen leichten Stützkörper herum bereits vor dem Verarbeiten
der Kernschicht vollständig derart vorhanden ist, daß sie um diesen eine HUlle bildet,
welche ohne wesentliches Strecken der Fasern in ihre endgültige Gestalt Ubergeführt
werden kann, und deren Faserstruktur nirgendwo unterbrochen ist - weder innerhalb
einer Wand, noch an den Ubergängen zwischen den Wänden. "Ohne wesentliches Strecken"
bedeutet dabei, daß die Fasern zwar gebogen und etwas gegeneinander verschoben werden
dUrfen, dabei aber grundsätzlich nicht die in diesem Rahmen bestimmte Länge zu ändern
brauchen. "Nirgendwo unterbrochen" bzw. "ununterbrochen" soll im Zusammenhang mit
der Faserstruktur bedeuten, daß überall dort, wo beim fertigen Bauteil wesentliche
Kräfte zu übertragen sein werden, schon im noch nicht verarbeiteten Zustand der
Kernschicht dafür hinreichend viele Fasern in ungefähr der Richtung dieser Kräfte
vorhanden sein sollen und daß die gegenseitigen Abstände der Fasern bzw. Faserbündel
Uberall in der Hülle sehr klein gegenüber den Abmessungen der Zelle sind. Beim fertigen
Bauteil besteht dann jede Zelle aus einem leichten Stützkörper und einer darum befindlichen,
allseitig geschlossenen Hülle des tragenden Materials, wobei letzteres das faserhaltige
Material im Verbund mit dem ausgehärteten Matrixmaterial bezeichnet. "Allseitig
geschlossen" bedeutet dabei, daß die Faserstruktur der Hülle nirgendwo unterbrochen
ist, und daß es in der Hulle aus dem tragenden Material nirgendwo Löcher, nicht
mit Matrixmaterial getränkte Stellen oder Durchbrüche anderer Art gibt. Dies beinhaltet
insbesondere, daß die Stützkörper in verschiedenen Zellen keine unmittelbaren Verbindungen
besitzen können, sondern jeglicher Zusammenhalt der Zellen ausschließlich Uber das
faserhaltige Material bzw. das Matrixmaterial, gegebenenfalls zusammen mit zusätzlichen,
außen aufgebrachten Schichten weiterer Materialien erfolgt. Dies ist ebenfalls wesentlich
für die Erfindung.
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Die bis hierher vorgeschlagenen Maßnahmen sind notwendig und hinreichend,
damit die erfindungsgemäße Kernschicht die gestellten Aufgaben erfUllen kann. Die
Verwendung leichter Stützkörper ermöglicht eine große Dicke bei geringem Gewicht.
Die Vorfertigung der Faserstruktur ermöglicht die kontrollierte Anordnung der Fasern
und zusammen mit der Wahl der Zellenform gute Anpassung der Festigkeitseigenschaften
an den jeweiligen Zweck. Hierin ist insbesondere die Möglichkeit enthalten, die
Festigkeitseigenschaften in hohem Maße richtungsunabhängig zu gestalten, indem man
z. B. eine Zellenform mit großer Symmetrie - z. B. mit sechseckiger Grundfläche
- und eine weitgehend regellose Faseranorclgtung wählt. Daß die Faserstruktur einer
jeden Zelle vollständig bereits vor dem Verarbeiten der Kernschicht in einer Weise
vorhanden sein soll, die es erlaubt, die Hüllen ohne wesentliches Strecken der Fasern
in ihre endgültige Gestalt überzuführen - indem man sie z. B. gleich in dieser herstellt
- ermöglicht allgemein erst die Verwendung hochfester Fasermaterialien. Durch deren
Vorhandensein in allen Wänden wird die'hohe Festigkeit erzielt und besonders die
Widerstandsfähigkeit gegen Aufspalten wird durch die ununterbrochene Faserstruktur
an den Ubergängen von den Wänden im Innern der Kern schicht zu den nach außen gewandten
Seiten jeder Zelle erreicht. Die Hüllen aus tragendem Material sind somit ohne Unterbrechung
ihrer Faserstruktur einerseits Wände im Innern der Kernschicht und andererseits
Teil der Deckschichten. Dies verhindert nicht nur ein Aufspalten der Kernschicht
selber, sondern ermöglicht auch eine zuverlässige Verbindung zu weiteren Schichten,
die z. B. über das Matrixmaterial mit der Kernschicht verbunden werden, da die gesamte
Flache fUr den Zusammenhalt zur Verfügung steht. Da das Aushärten des Matrixmaterials
beim Verarbeiten der Kernschicht als letzter Arbeitsgang erfolgt, und das faserhaltige
Material, solange es nicht in das ausgehärtete Matrixmaterial eingebettet ist, große
Schmiegsamkeit besitzt, läßt sich die Kernschicht sogar gekrümmten Flächen in jeder
Richtung anpassen, insbesondere, da die Abmessungen der Zellen in jeder Richtung
der Fläche klein gegenUber denen des Bauteils sind. Da die HUllen der Zellen beim
fertigen Bauteil in allseitig geschlossener Form aus dem tragenden Material bestehen,
es insbesondere keine Verbindungsstege zwischen den in verschiedenen HUllen befindlichen
Stützkdrpern gibt, und jede Zelle sich in jeder Richtung der Fläche nur über ein
kleines StUck des Bauteils erstreckt, kann sich auch bei einer Beschädigung eindringende
FLüssigkeit
innerhalb der Kernschicht mit Sicherheit nicht über
den unmittelbaren Bereich der Schadstelle hinaus ausbreiten.
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Die Stützkörper dienen als verlorene Form, die in der Kern schicht
verbleibt, dort bis zum Aushärten des Matrixmaterials die Dicke der Kernschicht
hauptsächlich bestimmt und im Innern der Kernschicht für die Bildung von Hohlräumen
beziehungsweise-Zonen geringen spezifischen Gewichts sorgt, die den Innenabmessungen
der Qus dem faserhaltigen Material im Verbund mit dem Matrixmaterial gebildeten
Hüllen der Zellen entsprechen. Die Stützkörper können daher sehr leicht sein und
müssen lediglich den bis zum Abschluß der Verarbeitung auftretenden mechanischen,
thermischen und chemischen Belastungen standhalten. Dies schließt nicht die Möglichkeit
aus, sie so widerstandsfähig zu wählen, daß sie auch noch im fertigen Bauteil merklich
zur Festigkeit beitragen. Erfindungsgemäß dürfen spätestens bei der fertig verarbeiteten
Kernschicht unmittelbare Verbindungen zwischen den Stützkörpern nicht bestehen.
Sollten sich zunächst derartige Verbindungen - z. B. aus herstellungstechnischen
Gründen - als zweckmäßig erweisen, so sind sie -spätestens bis zum vollständigen
Aushärten des Matrixmaterials zu beseitigen. Dies kann z. B. beim Umhüllen mit faserhaltigem
Material geschehen oder dadurch, daß sich diese Verbindungen im flüssigen Matrixmaterial
auflösen. Für das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip sind derartige, vorübergehend
bestehende, unmittelbare Verbindungen nicht erforderlich,-während auf jeden Fall
gefordert wird, daß in der verarbeiteten Kernschicht unmittelbare Verbindungen zwischen
den Stützkörpern nicht bestehen dürfen, sondern dort der Zusammenhalt der Anordnung
ausschließlich über das faserhaltige Material bzw. das Matrixmaterial, gegebenenfalls
zusammen mit zusätzlichen, außen aufgebrachten Schichten weiterer Materialien erfo-lgt.
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Die Gestalt der Stützkörper wird dadurch bestimmt, daß sie sich in
der Ebene derart aneinandersetzen lassen, daß zwischen ihnen im wesentlichen nur
der für das faserhaltige Material und das Matrixmaterial tatsächlich benötigte Raum
verbleibt, und daß die nach außen weisenden Seiten den Innenseiten der zukünftigen
Deckschichten entsprechen. Vorzugsweise wird man einfache Formen wählen, wie- -
im Falle paralleler Deckschichten - prismatische Körper mit drei-, vier- oder sechseckigen
Grundflächen oder gewellten
Begrenzungen. Für spezielle Anwendungen
sind jedoch auch kompliziertere Formen denkbar, z. B. Muster aus mehreren verschiedenen
Grundflächen oder Körper mit schrägen Wänden. Weiter kommen als Stützkörper solche
in Frage, die zumindest zeitweise verformbar sind und erst während der Verarbeitung
der Kernschicht ihre endgültige Gestalt annehmen, wie z. B. Stützkörper aus thermoplastischem
Material, gasgefüllte Kunststoffblasen oder solche Körper, die sich erst beim Verarbeiten
der Kernschicht auf ihre endgültige Gestalt ausdehnen. Um Kerbwirkung im tragenden
Material zu vermeiden, wird man vorzugsweise Stützkörper mit etwas abgerundeten
Kanten verwenden. Die Stützkörper können massiv oder hohl sein oder auch aus inhomogenem
Material, wie etwa Schaumstoff, bestehen und vorzugsweise so beschaffen sein, daß
sie an ihrer Oberfläche möglichst wenig von dem Matrixmaterial aufnehmen, auf keinen
Fall aber viel davon in sich hineindringen lassen, um Gewicht zu sparen. Ein Stützkörper
im Sinne der Erfindung kann auch aus mehreren Teilen bestehen, die dann in ihrer
Gesamtheit die Innenform der zur einer Zelle gehörenden Hülle bestimmen.
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Als faserhaltiges Material kommen die lange bekannten und z. B. im
Boots-und Flugzeugbau angewandten Glasfasern, Kohlenstoffasern und Kunststoffasern
in Frage. Es ist aber auch möglich, Einkristallfäden (Whiskers) der verschiedenen
Materialien oder Metallfasern bzw. Drähte oder noch andere Materialien mit entsprechenden
Eigenschaften zu verwenden. Die Fasern können mit Mitteln versehen sein, die ihnen
spezielle Eigenschaften verleihen. Zu derartigen Mitteln gehören z. B. die bei Glasfasern
gebräuchlichen Schlichten und Bindemittel oder auch Haftvermittler. Zwischen regelloser
Anordnung der Fasern und der Anwendung unidirektionaler Faserbündel in den Hüllen
der Zellen sind alle Zwischenstufen denkbar.
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Als Matrixmaterialien sind beispielsweise die üblichen, kalt- oder
warmhärtenden, flüssigen Kunststoffe zu gebrauchen, wie ungesättigte Polyesterharze
oder Epoxidharze mit den zugehörigen Härtern. Es ist aber auch die Verwendung thermoplastischer
Kunststoffe oder sogar metallischer Matrixmaterialien denkbar, z. B. sehr niedrig
schmelzender Legierungen. Das Matrixmaterial muß lediglich härtbar sein und wenigstens
zeitweise in einem für das Tränken des faserhaltigen Materials geeigneten Zustand
vorliegen, was insbesondere bedeutet, daß es wenigstens zeitweise dünnflüssig
genug
ist und in der Lage ist, die Fasern hinreichend gut zu benetzen.
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Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten
ihres Gegenstandes, entsprechend der jeweils vorgesehenen Verwendung, zweckmäßig.
Es besteht die Möglichkeit, daß die Hüllen aus faserhaltigem Material einzeln um
Stützkörper herum vorgefertigt sind und die derart vorgefertigten Zellen erst bei
der Verarbeitung zu einem flächenhaften Gebilde zusammengefügt werden. Eine solche
Kernschicht paßt sich mühelos auch sehr kleinen Krümmungsradien und Hohiformen an.
Die einzeln derart vorgefertigten Zellen können in einer anderen Ausführungsform
bereits vor der Verarbeitung durch einen losen Faserverbund zu einem ebenfalls sehr
schmiegsamen, flächenhaften Gebilde zusammengefaßt sein, was die Verarbeitung erleichtert.
Es ist auch möglich, daß die einzeln vorgefertigten Zellen dadurch bereits vor der
Verarbeitung zu einem flächenhaften Gebilde zusammengefaßt sind, daß sie an einer
oder mehreren Schichten faserhaltigen oder anderen Materials einseitig befestigt
sind oder sich zwischen diesen befinden, was ebenfalls die Verarbeitung erleichtert.
Die Befestigung kann dabei adhäsiv oder mit Hilfe weiterer Bündel faserhaltigen
Materials erfolgen.
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Eine besonders wichtige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes
ist eine, bei welcher die Stützkörper mit nur sehr schmalen gegenseitigen Zwischenräumen
unmittelbar zwischen Deckschichten mit ununterbrochener Faserstruktur angeordnet
sind, und gleichzeitig die Deckschichten durch die Zwischenräume hindurch mit Hilfe
faserhaltigen Materials derart verbunden sind, daß dieses die Faserstruktur für
die Zellenwände im Innern der Kernschicht bildet. Dabei soll auch am Ubergang von
den inneren Wänden zu den äußeren, d. h. den in den Deckschichten liegenden Teilen
der Hüllen, die Faserstruktur nicht unterbrochen sein, und so das Ganze über das
faserhaltige Material, auch ohne Matrixmaterial, einen Zusammenhalt besitzen. Bei
brauchbarer Schmiegsamkeit und einfacher Verarbeitung stellt diese Möglichkeit eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gegenstandes dar, bei der sehr hohe Festigkeit
trotz besonders geringen Gewichts erzielt werden kann. Dabei ist es für die Widerstandsfähigkeit
gegenüber Aufspalten besonders günstig, wenn die Deckschichten an den Übergängen
zu den inneren Wänden verstärkt ausgeführt sind.
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In allen Fällen erreicht man erhöhte Schubfestigkeit dadurch, daß
sich die Zwischenräume zwischen den Stützkörpern nach außen hin etwas erweitern.
Im Falle unmittelbar durchgehender Deckschichten können diese stellenweise etwas
in die so bestehenden Vertiefungen hineingeführt sein, was die Schmiegsamkeit erhöht.
Auch kann dieser Aufbau dahingehend erweitert sein, daß die Vertiefungen mit entsprechend
kleineren Stützkörpern bzw. Zellen ausgefüllt sind. Dies trägt zur weiteren Gewichtseinsparung
bei.
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Die Außenflächen der Kernschicht können parallel zueinander sein,
oder aber die Dicke kann an unterschiedlichen Stellen etwas verschieden sein.
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Sofern es sich um eine zusammenhängend in Bahnen vorgefertigte Kernschicht
handelt, kann es z. B. sinnvoll sein, ihre Dicke an den Randstreifen zu halbieren,
um beim Verarbeiten Stoßstellen bequem durch Überlappen ausführen zu können. Eine
andere Möglichkeit, die Verarbeitung an Stoßstellen zu vereinfachen, bietet sich
bei einer erfindungsgemäßen Kernschicht mit ein-oder beidseitig durchgehenden Deckschichten
an, indem man die Deckschichten an den Randstreifen der Bahnen über den von den
Zellen eingenommenen Bereich überstehen läßt, und auf diese Art Uberlappungen der
Deckschichten ermöglicht. Dieser Aufbau läßt sich auch mit dem zuvor genannten verbinden.
Eine weitere Maßnahme, die das Verarbeiten der Kernschicht erleichtern kann, besteht
darin, daß sie schon vor dem Einbringen in die Form mit Matrixmaterial getränkt
wird. Dabei kann das Matrixmaterial in der Zeit zwischen dem Tränken und dem Verarbeiten
flüssig oder auch fest sein, wobei es im zweiten Fall beim Verarbeiten vorübergehend,
z. B. durch Temperaturerhöhung, wieder in den flüssigen Zustand übergeführt werden
muß.
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Für das allseitige Umhüllen der Stützkörper mit faserhaltigem Material
lassen sich mehrere Verfahren angeben. Sofern es sich um die vorzufertigende Faserstruktur
einzelner Zellen handelt, kann dieses z. B. durch Umwickeln geschehen oder dadurch,
daß man das faserhaltige Material in Form von Flocken auf die Stützkörper aufbringt
und zu einer Art Filz verdichtet. Dabei empfiehlt es sich, die Oberfläche der Stützkörper
mit einer dünnen adhäsiven Schicht zu versehen, an der das faserhaltige Material
haftet. Ferner ist es zweckmäßig, die Fasern miteinander durch ein Bindemittel zu
verbinden, wie dies z. B. bei Glasfasermatten üblich ist. Derartige Maßnahmen sind
auch bei den im folgenden beschriebenen Verfahren
denkbar. Durch
Aufbringen von Flocken auf die Stutzkörper läßt sich auch eine Kernschicht mit durchgehenden
Deckschichten erhalten, indem man die Flocken auf die in größeren Abständen voneinander
angebrachten Stützkörper aufbringt und dann unter Verringerung der Abstände verdichtet,
wobei weitere, bei der Herstellung von Filzen übliche, Maßnahmen angewandt werden
können.
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Ebenfalls eine Kernschicht mit beidseitig durchgehenden Deckschichten
entsteht dadurch, daß man die Stützkörper-mit nur dem für die Bildung der Wände
der Zellen benötigten Abstand dicht nebeneinander zwischen mindestens zwei Schichten
faserhaltigen Materials anordnet und diese Schichten durch die Zwischenräume hindurch
ebenfalls mit Bündeln faserhaltigen Materials derart vernäht, daß dieses die Faserstruktur
für die Wände der Zellen im Innern der Kern schicht ergibt. Das Vernähen kann dabei
von einer oder von beiden Seiten aus jeweils ein- oder mehrmals erfolgen. Die Ubergänge
zu den Wänden im Innern der Kernschicht lassen sich z. B. durch außen an den Deckschichten
verlaufende, zusätzliche Faserbündel verstärken, die ebenfalls vom Nahtmaterial
umschlossen werden und der Richtung der inneren Zellenwände folgen, die unabhängig
von der Faserstruktur der Deckschichten ist. Setzt man, in geringfügiger Abwandlung
dieses Verfahrens, die Stützkörper immer erst in die jeweils schon zum Teil fertiggestellten
Zellen ein, wobei die Deckschichten solange durch geeignete andere Maßnahmen auf
dem benötigten Abstand gehalten werden müssen, lassen sich die von Deckschicht zu
Deckschicht uerlaufenden Faserbündel durch weitere in ihrer Lage festhalten, die
zwischen den Deckschichten, etwa parallel zu diesen, in den Wänden verlaufen. Dabei
sind diese zusätzlichen Faserbündel von der noch nicht vernähten Seite, d. h. dem
offenen Rand her, während des Vernähens abwechselnd derart zu spreizen, daß sie
an den Bündeln des Nahtmaterials etwa in der Art eines Gewebes abwechselnd von verschiedenen
Seiten her anliegen. Die Wahl der Faserstruktur der Deckschichten ist frei.
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Eine weitere wichtige Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Kernschicht
in der Ausführung mit beidseitig durchgehenden Deckschichten herzustellen, besteht
darin, daß man die Deckschichten beider Seiten im gegenseitigen Abstand der Dicke
der Kernschicht webt, dabei die Stützkörper dazwischenfügt und gleichzeitig die
Deckschichten beider Seiten durch einen Webvorgang
in einer dritten
Raumrichtung - im einfachsten Fall der Richtung der Normalen zu den Ebenen der Deckschichten
- miteinander verbindet. Dieser Webvorgang hat für eine gerade zu webende Wand im
Innern der Kernschicht im einzelnen so auszusehen, daß ein zusätzliches Faserbündel
von der Außenseite einer Deckschicht her zwischen den parallel zu den Deckschichten
gespreizten Kettfäden dieser Deckschicht hindurch über den Zwischenraum zwischen
den Deckschichten und zwischen den entsprechend gespreizten Kettfäden der gegenüberliegenden
Deckschicht hindurch zu deren Außenseite geführt wird. Je nach Richtung der zu webenden
Zellenwand hat man nun die Kettfäden an einer benachbarten Stelle zu spreizen oder
die nächsten Schußfäden in die Deckschichten einzuberingen oder beides und dann
das zusätzliche Faserbündel entsprechend versetzt, um Kett- oder Schußfäden herumgeführt,
wieder auf die beschriebene Weise zur gegenüberliegenden Außenseite zu bringen.
Ein entsprechender Webvorgang läßt sich innerhalb einer zu webenden Wand auch mit
mehreren zusätzlichen Faserbündeln durchführen. Geschieht dies zeitlich versetzt,
und führt man die zusätzlichen Faserbündel mehrere Kett- bzw. Schußfäden umgreifend
zurück, wird der Krümmungsradius der Umkehrstellen der zusätzlichen Faserbündel
wesentlich vergrößert. Dies ermöglicht die Verwendung weniger biegsamer Fasern.
Der zu einer Zelle gehörende Stützkörper ist einzusetzen, wenn die Hülle dieser
Zelle bis auf eine Öffnung, die einerseits noch ein bequemes Einfügen des Stützkörpers
erlaubt, fertiggewebt ist, und andererseits der Stützkörper schon so weit im fertiggestellten
Teil verschwindet, daß er beim weiteren Vervollständigen der Zelle die dazu nötigen
Arbeitsgänge nicht mehr stört.
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Der genaue Zeitpunkt ergibt sich aus der Zellenform und der Anordnung
der Zelle in der Kernschicht. Die Verbindung mit den Deckschichten kann auch bei
diesem Verfahren dadurch verstärkt werden, daß man mit den Faserbündeln, mit denen
die gegenüberliegenden Deckschichten verbunden werden, an den Außenseiten der Deckschichten
anliegende, zusätzliche Faserbündel umschließt, die der Richtung der inneren Zellenwände
folgen. Die Form der Zellen ist hierbei weitgehend unabhängig von der Faserstruktur
der Deckschichten. Falls jedoch die inneren Zellenwände in ihrer Richtung mit der
Richtung bestimmter Faserbündel der Deckschichten übereinstimmen, kann die Verstärkung
auch durch entsprechend dickere Wahl dieser Faserbündel erreicht werden.
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Nach dem beschriebenen Webverfahren erhält man eine Kernschicht mit
gewebten Deckschichten, in denen die Wahl der Bindungsart weitgehend frei ist.
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Die Fasern der Wände im Innern verlaufen etwa parallel zueinanderliegend,
im einfachsten Fall ungefähr senkrecht von Deckschicht zu Deckschicht. Man hat aber
auch hier die Möglichkeit, zwischen den Deckschichten zu diesen parallel verlaufende
Faserbündel in die inneren Wände einzubringen und so die Faserbündel, die die Deckschichten
miteinander verbinden, genauer in ihrer Lage festzuhalten und eine dichtere Faserstruktur
der inneren Wände sicherzustellen. Diese parallel zu den Deckschichten und zwischen
diesen verlaufenden Faserbündel müssen dann, entsprechend dem die Deckschichten
verbindenden Webvorgang,wechselweiae gespreizt und die die Deckschichten verbindenden
Faserbündel zwischen ihnen hindurchgeführt werden. Man erhält auf diese Weise ein
dreidimensionales Gewebe, das außer in den Deckschichten auch in den die Zellwände
im Innern der Kernschicht bildenden Faserstrukturen ein System von Kett- und Schußfäden
enthält. Dabei stellen die zwischen den Deckschichten parallel zu diesen verlaufenden
Faserbündel ein schmales System von Kettfäden und die die Deckschichten verbindenden
Faserbündel die Schußfäden dar. Die in diesem dreidimensionalen Gewebe befindlichen
Stützkörper hindern es während der Verarbeitung am Zusammenfallen.
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Eine weitere, verhältnismäßig einfache Möglichkeit, die Faserstruktur
der Zellen um. die Stützkörper herum vorzufertigen, besteht darin, daß man die Stützkörper
mit gegenseitigen Abständen in einem Schlauch aus dem faserhaltigen Material anordnet
und dann derartig mit Stützkörpern versehene Schläuche zu einem mattenartigen Gebilde
verflicht. Bei diesem kreuzen sich dann zwei rechtwinklig zueinander angeordnete
Gruppen von Schläuchen, die innerhalb einer Gruppe parallel verlaufen, etwa wie
die Fäden eines Gewebes, und zwar so, daß jeweils eine durch einen Stützkörper verursachte
Verdickung eines Schlauches in den Zwischenraum zwischen zwei Verdickungen eines
zu ihm rechtwinklig verlaufenden Schlauches zu liegen kommt. Zweckmäßig ist es,
wenn die Faserbündel der Schläuche schräg zu diesen angeordnet sind, da es dann
leicht möglich wird, z. B. würfelförmige Stützkörper nach diesem Verfahren faltenfrei
zu umhüllen. Die Faserstruktur einer einzelnen Zelle wird zu- einer ununterbrochenen
Hülle vervollständigt, indem man - vor dem gegenseitigen Verflechten der Schläuche
- unmittelbar vor
und hinter dem Stützkörper quer über den Faserschlauch
eine oder mehrere Nähte anbringt. Hierdurch wird obendrein ein Verrutschen der Stützkörper
im Schlauch verhindert. Statt dieser Maßnahme ist es auch möglich, die Faserbündel
nur um jeweils die Stützkörper herum zu einem schlauchartigen Gebilde zu wirken,
dazwischen aber ein flaches Band daraus zu fertigen.
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Die erfindungsgemäße Kernschicht kann sehr ähnlich den z. B. im Bootsbau
bei der Verwendung von Glasfasermatten und Geweben gebräuchlichen Verfahren, wie
Ha ndau flegeverfah ren oder Vakuumverfahren, verarbeitet werden, indem man die
Kern schicht in eine Form für das Bauteil einlegt, dort mit dem Matrixmaterial tränkt
und aushärten läßt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, die Kernschicht schon außerhalb
der Form mit Matrixmaterial zu tränken, gegebenenfalls zusammen mit weiteren Schichten
faserhaltigen Materials. Bei Anwendung geeigneter Härtungsverfahren läßt sich die
Kernschicht sogar schon am Herstellungsort mit dem Matrixmaterial versehen. Ist
das Matrixmaterial bis zur Verarbeitung flüssig, wäre die Kernschicht in diesem
Falle zweckmäßigerweise zwischen geschlossenen Lagen aus Kunststoffolie zu verpacken,und
es ließe sich auch ein Indikator beigeben, der anzeigt, ob der härtende Einfluß
schon vor der Verarbeitung in unzulässiger Weise wirksam wurde. Z. B. könnte man
bei Warmhärtungsverfahren als Indikator geeignete Thermofarben wählen.
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Die erfindungsgemäße Kernschicht läßt sich allein oder zusammen mit
Schichten weiteren Materials verarbeiten. Diese können ebenfalls aus faserhaltigem.
Material bestehen, doch kommen auch Schichten aus Metall, Kunststoff, Holz und anderen
Werkstoffen in Frage. Durch Übereinanderstapeln lassen sich räumlich ausgedehnte
Bauteile, wie z. B. Auftriebskörper von Booten, mit einer Struktur allseitig geschlossener
Zellen ausfüllen, deren Wände durch faserhaltiges Material verstärkt sind.
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Die in den - im folgenden beschriebenen - Abbildungen benutzten Bezugszeichen
stimmen in allen Zeichnungen für entsprechende Teile überein. Falls zweckmäßig,
ist von zwei in ihrer Funktion gleichwertigen Teilen jeweils eines durch Apostroph
gekennzeichnet.
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Abb.1 zeigt eine Kernschicht, die beidseitig durchgehende Deckschichten
5,
besitzt und durch Vernähen derselben im Abstand der Höhe der
Stützkörper 11 entstanden ist. die Faserstruktur der Hülle 2 einer Zelle besteht
in diesem Fall aus je einem Stück der oberen und unteren durchgehenden Deckschichten
Er 5r und aus dem N'ahtmaterjul, aus dem in diesem Fall die Wände 3 im Innern der
Kernschicht gebildet sind. Der Uberfaden 3a ist mit kurzer Stichweite durch die
Zwischenräume zwischen den Stützkörpern 1 und durch beide-Deckschichten .5,, 5'
geführt und umschließt an der Unterseite den Unterfaden 3b. Die durchgehende Faserstruktur
der Deckschichten 5, 5' gibt der Kernschicht schon vor dem Verarbeiten und ohne
zusätzliche Schichten einen flächenhaften Zusammenhalt Abb.2 zeigt einen Ausschnitt
aus einer gewebten Kernschicht. Im gezeichneten Beispiel sind die beiden Deckschichten
5, 5' in Leinwandbindung aus den Kett- und Schußfäden 5a und Sb, bzw. 5'a und 5'b
gewebt und durch die voll ausgezeichneten Faserbündel 3c miteinander verbunden Diese
bilden die Faserstruktur für die im Innern der Kernschicht gelegenen Wände 3 der
Zellen und umschließen im gezeichneten Beispiel jeweils die Kettfäden 5a, 5'a der
Deckschichten. Auch in diesem Fall sind die Hüllen 2 der Zellen gleichzeitig Wände
3 im Innern der Kernschicht und Teil durchgehender Deckschichten 5, 5', die die
Anordnung schon vor der Verarbeitung zusammenhalten. Die Querschnitte der Faserbündel
sind nicht notwendig maßstabsgetreu gezeichnet. Ins besondere wird man vorzugsweise
die die Deckschichten 5, 5' verbindenden Faserbündel 3c dicker als dargestellt wählen.
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Abb.3 zeigt ein Beispiel einer gewebten Kernschicht, das sich von
dem der Abb.2 dadurch unterscheidet, daß in die inneren Wände 3 zusätzliche Faserbündel
3d parallel au den durchgehenden Deckschichten 5, 5' eingewebt sind0 Diese bilden
zusammen mit den die Deckschichten verbindenden Bündeln 3c selber ein Gewebe - hier
ebenfalls in Leinwandbindung - dessen Schußfäden asz3c an seinen Webkanten die Kettfäden
5a, 5'a der Deckschichten umscSlleBen.
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Abb.4 zeigt den Aufbau einer inneren Wand 3 aus zwei Faserbündeln
3c, die die Deckschichten 5, 5' miteinander verbinden und dort jeweils zwei nebeneinanderliegende
Faserbündel 5b, 51b umgreifen. Er entsteht durch entsprechend zeitlich versetztes
Einbringen der einzelnen Faserbündel. Auch braucht die Zahl der Faserbündel 3c zum
Weben einer inneren Wand 3 nicht
mit der Zahl der uon einem Faserbündel
3c umschlossenen Faserbündel 5b, 5'b in den Deckschichten 5, 5' übereinzustimmen.
Würde man im gezeichneten Beispiel vier Faserbündel 3c zum Aufbau der inneren Wand
3 benutzen, die jeweils zwei nebeneinanderliegende Faserbündel in den Deckschichten
5, 5' umgriffen, erhielte man einen noch wesentlich gleichmäßigeren und dichteren
Aufbau der inneren Wand 3.
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Abb zeigt, wie der Übergang von den Deckschichten 5, 5 zu den inneren
Wänden 3 mit Hilfe zusätzlicher, an den Außenseiten der Deckschichten 5, 5' anliegender
Faserbündel 5c, 5'c verstärkt werden kann, indem diese ebenfalls von den die inneren
Wände 3 bildenden Faserbundeln 3a, 3b oder 3c umschlossen werden. Die zusätzlichen
Faserbündel 5c, 5'c können den Ubergängen folgen, müssen dies aber nicht. Im zweiten
Fall sind dann entsprechend mehr zusätzliche Faserbündel 5c, 5'c zu verwenden. Z.
B. kann man viele, dicht nebeneinanderliegende, parallele Faserbündel 5c, 5'c verwenden,
die dann jeweils an den Kreuzungsstellen mit den inneren Wänden 3 mit diesen verbunden
sind. Damit erhält man gleichzeitig eine Verstärkung der Deckschichten 5, 5' in
Richtungen, die nicht mit denen der Kett- oder Schußfäden übereinzustimmen brauchen.
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Abb.6 zeigt die wesentlichen Teile einer Maschine zum Weben einer
erfindungsgemäßen Kernschicht. Dabei ist auf die Darstellung und Beschreibung solcher
Teile, die bei herkömmlichen Webverfahren üblich sind, z. T. verzichtet.
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Die Maschine besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus zwei sich
links und rechts gegenüberstehenden Webstühlen, die jedoch an den dünnen Umlenkrollen
7 abgeknickt sind und aus Vorrichtungen, mit denen die inneren Wände 3 gewebt und
die Stützkörper 1 eingesetzt werden. Die Kettfäden 5a, 5'a werden durch die Stahldrahtweblitzen
so 8, wechselweise in der Zeichenebe ne gespreizt. Durch das geöffnete Webfach 9,
9' wird mit dem Schützen 10' der Schußfaden s b (nicht dargestellt, entsprechend
auf der gegenüberliegenden Seite evtl. zeitlich versetzt) eingetragen. Die Webeblätter
zum Anschlagen der Schußfäden 5'b, 5b sind ebenfalls nicht dargestellt. Die Spreizvorrichtungen
11, 11' bestehen aus langen, dünnen Stäben, die zwischen den Kettfäden 5a, 5'a hindurchgreifen
und sich senkrecht zur Zeichenebene
einzeln oder in Gruppen derart
verschieben lassen, daß zwischen den Kettfäden eine Öffnung entsteht, durch die
sowohl ein Vorratsbehälter 12 für ein Faserbündel 3c, das die Deckschichten miteinander
verbindet, als auch eine weitere Spreizvorrichtung 13 bzw. 13' geführt werden kann.
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Diese dient dazu, zusammen mit den Spreizvorrichtungen 14 die zusätzlichen,
parallel zu den Deckschichten 5, 5' und zwischen ihnen verlaufenden Faserbündel
3d in der benötigten Weise zu spreizen. Jede der Spreizvorrichtungen 14 besteht
aus einem über die Breite des Webstuhls reichenden, kammähnlichen Band mit hohlen,
schmalen Zinken, die nach unten weisen und in gegenseitigen Abständen angebracht
sind, die der Breite der zu webenden Zellen entsprechen. Zum Spreizen der durch
die Zinken geführten Faserbündel 3d werden sie bis dicht über den fertigen Teil
des Gewebes abgesenkt und außerdem wechselweise senkrecht zur Zeichenebene so verschoben,
daß eine Öffnung der Faserbündel 3d neben der Öffnung der Kettfäden 5a, 5'a hervorgerufen
durch die Spreizvorrichtungen 11, 11', entsteht. Diese wird dann durch eine Spreizvorrichtung
13 bzw. 13', welche nun vorgeschoben wird und dabei durch die Lücken in den Spreizvorrichtungen
14 greift, offengehalten, während die Spreizvorrichtungen 14 wieder nach oben verschoben
werden. Jetzt kann der Vorrutsbehälter 12 und mit ihm das Faserbündel 3c durch die
Öffnung auf die gegenüberliegende Seite transportiert werden.
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Die beschriebenen Vorrichtungen und Arbeitsabläufe gelten für das
Weben der Wände der übrigen Zellen entsprechend.
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Die Vorratsbehälter 12 für die die Deckschichten 5, 5' verbindenden
Faserbündel 3c sind sehr flach und sind in einem oder mehreren Stapeln quer über
die Breite der Maschine angeordnet. Für jede zu webende Wand 3 im Innern der Kernschicht
wird mindestens ein Vorratsbehälter 12 benötigt. Ist die Hülle 2 einer Zelle durch
wechselweises Weben der inneren Wände 3 und der Deckschichten 5, 5' soweit fertiggestellt,
daß gerade noch eine für das Einsetzen des Stützkörpers 1 hinreichende Öffnung nach
oben frei ist, wird mit der Transporteinrichtung 15 der Stützkörper 1 eingesetzt
und dann die Hülle 2 zu ende gewebt. Um die Faserbündel 3c nicht unnötig zu verformen,
ist es sinnvoll, die Spannung der Faserbündel 3d klein gegenüber der der Faserbündel
3c zu wählen.
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Abb.7 zeigt eine Kernschicht, die aus einzeln vorgefertigten Zellen
zusammengesetzt
und mit zusätzlichen Deckschichten 6, 6' verarbeitet
worden ist. Auch hier bilden die Hüllen 2 der Zellen die inneren Wände 3 der Kernschicht
und gleichzeitig die Teile 4, 4' der Deckschichten, die eine durchgehende Faserstruktur
in dieser Ausführungsform jedoch erst durch die zusätzlichen Deckschichten 6, 6'
erhalten. Die ununterbrochene Faserstruktur zwischen inneren Wänden 3 und den Deckschichten
4, 4' ist jedoch auch hier gewährleistet und die Verbindung mit den zusätzlichen
Deckschichten 6, 6' erfolgt auf deren Gesamtfläche.
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Abb.8 zeigt eine aus Schläuchen aus faserhaltigem Material, in denen
sich einzelne Stützkörper befinden, geflochtene Kernschicht. Die durch die Stützkörper
hervorgerufenen Verdickungen 16 in einer Gruppe parallel dicht nebeneinander verlaufender
Schläuche liegen dabei in den Zwischenräumen 17' zwischen je zwei Verdickungen 16'
der dazu rechtwinklig angeordneten Gruppe ebenfalls dicht nebeneinander, parallel
verlaufender Schläuche und zwar wechselweise oberhalb bzw. unterhalb der abgeflachten
Stellen der jeweils rechtwinklig dazu verlaufenden Schläuche. Die Zwischenräume
zwischen den Verdickungen 16 sind mit 17 bezeichnet.
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Abb.9 zeigt ein Beispiel für einander gleiche Zellen mit rechteckigen
Grundflächen.
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Abb.10, zeigt ein Beispiel für Zellen mit einander gleichen Grundflächen
in Form regelmäßiger Sechsecke.
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Abb.11 zeigt ein Beispiel für Zellen mit gleichen Grundflächen, wie
sie sich bei wellenförmig geführten inneren Wänden ergeben.
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Abb.12 zeigt ein Beispiel für Zellen mit zwei verschiedenen Grundflächen
innerhalb einer Kernschicht.
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Abb.l3 zeigt die Umrisse von aneinandergefügten Zellen mit schrägen
Wänden. Gezeichnet sind die Schnittkanten der Zellenwände. Die in der benutzten
Darstellung sichtbaren Schnittkanten sind voll, die unsichtbaren gestrichelt gezeichnet.
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Wbb.14 zeigt eine Kernschicht mit durchgehenden Deckschichten 5, 5'
die etwas in die Vertiefungen 18, 18' der nach außen erweiterten Zwischenräume zwischen
den Stützkörpern 1 hineingeführt sind. Die Kernschicht ist mit zusätzlichen, durchgehenden
'Dec'kschichten 6, 6' verarbeitet. Der Raum, der sich durch die Vertiefungen 18,
18' zwischen den zur Kernschicht gehörenden Deckschichten 5, 5' und den zusätzlichen
Deckschichten 6, 6' ergibt, ist mit dem Matrixmaterial ausgefüllt.
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Abb.i5 zeigt ebenfalls eine Kernscbicht, bei der die Zwischenräume
zwischen den Stützkörpern 1 nach außen hin erweitert sind. Der außerhalb der zur
Kernschicht gehörenden, im wesentlichen durchgehenden Deckschichten 5, 5' in den
Vertiefungen befindliche Platz ist stellenweise mit weiteren Stützkörpern 19, 19'ausgefüllt,
die sich auch außerhalb der Zeichenebene nur über einen eng begrenzten Raum erstrecken
und gegenseitige Abstände haben, um die Bildung langgestreckter Kanäle zu vermeiden.
Die Kernschicht ist ebenfalls mit zusätzlichen, durchgehenden Deckschichten 6, 6'
verarbeitet.
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Abb.16 zeigt eine' Kernschicht mit durchgehenden Deckschichten 5,
5', die an den Randstreifen 5d, 5'd teilweise über die von Zellen eingenommene Fläche
überstehen.
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Der mit der Erfindung erzielte Fortschritt gegenüber dem bekannten
Stand der Technik besteht im wesentlichen darin, daß die erfindungsgemäße Kernschicht
sehr leicht und dennoch sehr fest ist, und sich außerdem bei Beschädigung mit Sicherheit
keine Flüssigkeit in ihr ausbreiten kann. Die hohe Festigkeit wird durch die vorgefertigte
Faserstruktur erreicht, die auch an den Übergängen von den Deckschichten zu den
inneren Wänden nicht unterbrochen ist. Das geringe Gewicht und gleichzeitig die
hinreichende Dicke werden durch die leichten Stützkörper ermöglicht. Die wesentliche
Eigenschaft, auch bei einer Beschädigung ein weiteres Ausbreiten von Flüssigkeit
innerhalb der Kernschicht mit Sicherheit zu verhindern, wird durch die im Vergleich
mit dem Bauteil kleinen Abmessungen der Zellen erreicht, deren allseitig geschlossene
Hüllen aus dem tragenden Material bestehen und nirgendwo unterbrochen sind, auch
nicht durch unmittelbare Verbindungen der Stützkörper untereinander. Durch die kleinen
Abmessungen der Zellen,
die große Freiheit bei der Wahl ihrer Form
und, durch das Vorfertigen der Faserstruktur, ebenfalls in der Ausrichtung der Fasern,
lassen sich die Festigkeitseigenschaften in verschiedenen Richtungen weitgehend
vorgeben. Darüberhinaus paßt sich die Kernschicht auch Krümmungen gut an und läßt
sich leicht verarbeiten.