DE68917184T2

DE68917184T2 - Verfahren zur Herstellung eines geschweissten, wabenförmigen Kernes.

Info

Publication number: DE68917184T2
Application number: DE68917184T
Authority: DE
Inventors: Fritz Huebner
Original assignee: Plascore Inc
Current assignee: Plascore Inc
Priority date: 1988-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1994-11-17
Anticipated expiration: 2009-04-05
Also published as: JPH0694181B2; EP0336722A2; EP0336722B1; DE68917184D1; EP0336722A3; JPH01299023A; ES2058507T3; AU3237689A; AU613171B2; US4957577A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft strukturelle Platten, in denen wabenförmige Kerne eingebaut sind und insbesondere einen verbesserten Kern für solche Platten.
Eine große Vielzahl von strukturellen Platten, in denen wabenförmige Kerne eingebaut sind, ist entwickelt worden, insbesondere zur Verwendung als Flugzeugbauteile. Die Platten umfassen typischerweise einen offenzelligen, wabenförmigen Kern, mit dünnen Oberflächenplatten, die mit dessen gegenüberliegenden Seiten verbunden sind. Die Anordnung führt zu einem Element geringen Gewichts, das imstande ist große Kompressions und Scherkräfte zu tragen.
Die Oberflächen- oder Verkleidungsplatten werden üblicherweise aus Metallen oder vorgehärteten, wärmeausgehärteten, mit Synthetikfasern verstärkten Kunststoffen hergestellt. Typische Plattendicken liegen im Bereich von 0,254 bis 1,525 mm (0,010 Zoll bis 0,060 Zoll). Beide Verkleidungsplatten sind typischerweise an den Kern unter Verwendung von wärmeausgehärtenden Klebstoffen wie Epoxyharzen geklebt. Der Kern und die Verkleidungsplatten, die zuammengebaut sind, werden in eine erhitzte Mehretagenpresse oder Form verbracht, wo der Klebstoff unter Hitze und Druck härten gelassen wird. Einige wärmeaushärtenden Kunststoffverkleidungsplatten werden gleichzeitig gehärtet und an dem Kern in einem einzigen Arbeitsgang ohne die Notwendigkeit eines Klebstoffs befestigt. Das nichtgehärtete Kunststoffharz der Verkleidungsplatte verflüssigt sich bei Erhitzen anfänglich und wird durch Dochtwirkung nach oben und um die Zellränder der Wabe gezogen, was für die Hohlkehlen sorgt, die erforderlich sind, um die Verkleidungsplatten am Kern zu befestigen. Die Menge an angewandtem Druck und angewandter Temperatur hängt hauptsächlich von den Härtungscharakteristiken des Harzes ab und liegt typischerweise im Bereich von 138 bis 1380 kPa (20 Pfund pro Quadratzoll (psi) bis 200 psi) und von 93,3 bis 315 C (200 Grad Fahrenheit (F) bis 600 Grad F).
Metall und wärmeausgehärtete Kunststoffaußenschichten werden durch Schlag leicht beschädigt, und es ist deshalb wünschenswert, Materialien mit einer besseren Schlagfestigkeit zu verwenden. Solche Materialien sind unter den thermoplastischen Harzen verfügbar, es ist jedoch schwer, die Kerne an den Oberflächen dieser Materialien insbesondere den chemisch beständigsten und wärmebeständigsten Typen wie Polyphenylensulfid (PPS) und Polyetheretherketon (PEEK) kleben. Folglich haben diese Materialien für strukturelle wabenförmige Platten keine Annahme gefunden.
Die wabenförmigen Kerne sind aus Metall, Kunststoff und/oder Papier hergestellt. Weiterhin kann der Kern von der "Folien/Film/Platten", "gegossenen", "extrudierten" oder "warmgeformten" Art sein.
Die Wabenherstellung des "Folien/Film/Platten" Typs beginnt mit dem Stapeln von flachen oder gewellten Platten aus bahnenförmigem Material, auf dem parallele, gleichmäßig beabstandete Klebstofflinien, "Knotenlinien" genannt, auf einer oder beiden Flächen aufgewalzt oder aufgedruckt sind. Kerne, die aus diesen Bahnen hergestellt werden, können weiter in die "auseinanderziehbaren" und "gewellten" Arten unterteilt werden.
"Auseinanderziehbare" Kerne werden typischerweise aus flachen Platten mit Knotenlinien auf nur einer Seite jeder Bahn hergestellt. Die Platten werden übereinander auf eine solche Weise angeordnet, daß die Knotenlinien jeder nachfolgenden Schicht, zwischen zwei Knotenlinien auf der darunterliegenden Schicht angeordnet sind. Der fertiggestellte Stapel wird erhitzt und komprimiert, bis der Knotenklebstoff gehärtet ist und alle Schichten verbunden hat. Der sich ergebende Block wird dann in kleinere Abschnitte zerschnitten und auseinandergezogen, in dem die äußersten Platten in Richtungen im allgemeinen lotrecht dazu gezogen werden. Die Platten werden an Bereichen zwischen den Knotenlinien voneinander weggezogen, und eine sechseckige, wabenförmige Struktur wird geschaffen.
Die bei dem Auseinanderziehverfahren verwendeten Materialien umfassen eine große Vielzahl von metallischen Folien, Kunststoffilmen, Papierblättern und gewebten und nichtgewebten Geweben aus Kunststoff, Kohlenstoff und Glasfasern. Einige Kerne, wie solche die aus Glasfasergeweben und anderen faserigen Materialien hergestellt wurden, werden anschließend in Wasser oder Lösungsmittellösungen aus Kunststoffharzen getaucht, um die strukturellen Eigenschaften zu vergrößern oder zu verbessern. Die bei der Herstellung eines auseinanderziehbaren Kerns verwendeten Materialien müssen jedoch klebend miteinander verbunden werden können. Weiterhin müssen relativ weiche Materialien mit einer geringen Gewebedichte verwendet werden, um das Auseinanderziehen des gehärteten Blocks, insbesondere bei beschränkten Klebefestigkeiten, zu erleichtern. Die erforderlichen Auseinanderziehkräfte dürfen die Festigkeit des Knotenklebstoffs oder der einzelnen Schichten des Kernmaterials nicht übersteigen. Als weitere Erwägung neigen geeignete Materialien dazu, in ihren entspannten Zustand zurückzukehren, und müssen deshalb, während sie auseinandergezogen sind, auf ihren Erweichungspunkt erhitzt und gekühlt werden, damit die Materialien ihre gewünschte sechseckige, offenzellige Form beibehalten. Der Knotenklebstoff muß ausreichende Klebe und Kohäsionseigenschaften beibehalten, um dem bei der erforderlichen Wärmeaushärtung erzwungenen Auseinanderziehen entgegenzuwirken. Dieses Erfordernis beschränkt die Verwendung des auseinanderziehbaren Kerns auf Niedrigtemperaturkunststoffe mit Oberflächen, die eine Klebeverbindung gestatten.
Aus Metall hergestellte, auseinandergezogene Kerne werden meistens aus dünnen Aluminiumfolien mit einer Dicke von weniger als 0,152 mm (0,006 Zoll) hergestellt. Die sich ergebenden Kerne sind ziemlich zerbrechlich und müssen sehr sorgfältig vor dem Verbinden gehandhabt werden. Eine Beschädigung der nichtverbundenen Zellwände führt dazu, daß der Kern von vornherein schadhaft ist, was bedeutet, daß der Kern in dem beschädigten Bereich keine maximalen Festigkeitswerts erreicht. Die dünnen Folien sind auch korrosiven Umgebungen, wie Salzwasser, gegenüber sehr empfindlich. Schutzüberzüge sind teuer und oft von begrenztem Wert.
Wabenförmige Kerne, die aus wärmeaushärtenden Harzen hergestellt sind, haben eine viel bessere Leistung, wenn sie Korrosion ausgesetzt sind. Sie sind jedoch der Dampfübertragung gegenüber nicht undurchlässig, und gestatten so den Eintritt von Dampf in die Wabe durch die Zellwände. Es wird angenommen, daß die Kondensierung von Dämpfen die Korrosion der angrenzenden Aluminiumverkleidungsplatten innerhalb der laminierten Platten verursacht.
Das "Well"Verfahren der Wabenherstellung wird normalerweise verwendet, um Produkte in dem Bereich höherer Dichte herzustellen und um die Verwendung von Materialien zu gestatten, die nicht auseinandergezogen werden können wie vorstehend beschrieben. Bei dem Wellverfahren wird eine flache Platte oder Bahn gewellt, so daß jede Platte der Hälfte der Sechseckform ähnelt. Klebstoff wird dann auf die erhabenen Teile der gewellten Platte aufgetragen, und die Platten werden aufeinander gelegt, so daß alle erhabenen und beschichteten Wellungen miteinander in Kontakt kommen, wodurch sechseckig geformte Zellen gebildet werden. Der gestapelte Block wird dann zusammengedrückt und erhitzt, bis der Klebstoff gehärtet ist, um die einzelnen gewellten Schichten zusammenzufügen. Das Wellverfahren wird auch verwendet, wenn andere Zellformen als Sechsecke erwünscht sind, beispielsweise um glockenförmige Zellen zu schaffen.
Die bei dem Wellverfahren verwendeten Materialien haben typischerweise eine größere Gewebedichte und Biegefestigkeit als die bei dem Auseinanderziehverfahren verwendeten Materialien. Typische Materialien umfassen rostfreien Stahl und Materialien mit imprägnierenden Harzen und Bindemitteln wie Glasfaser und Papier. Alternativen zu dem Klebstoffverbinden der gewellten Platten umfassen Punktschweißen und Tauchlöten, die typischerweise bei den rostfreien Stählen verwendet werden.
Das Wellverfahren ist einer Automatisierung nicht leicht zugänglich, da die verwendeten, leichten und oft flexiblen Materialien während des Stapelverfahrens schwierig zu stützen und auszurichten sind. Die gewellten Platten neigen dazu, sich ineinanderzuschachteln, statt auf gegenüberliegenden erhabenen Bereichen zu ruhen. Weiterhin kann nur ein begrenzter Druck verwendet werden, um die Klebefilme während des Härtens zusammenzudrücken oder das Zellmuster der gestapelten Platten wird verzerrt. Dieser begrenzte Druck erfordert auch, daß gemäß diesem Verfahren hergestellte Blöcke typischerweise in der Abmessung beschränkt sind.
Ein "gegossener", wabenförmiger Kern wird hergestellt entweder durch
1) Gießen einer Lösungsmittellösung eines Kunststoffs in eine Form, die einem wabenförmiges Muster gleicht oder 2) Injizieren eines geschmolzenen oder flüssigen Harzes in eine Form. Beide Verfahren erfordern, dar das Material in der Form entweder trocknet, abkühlt oder aushärtet, was typischerweise ein gewisses Schrumpfungsausmaß zur Folge hat. Es ist deshalb schwierig, den festen wabenförmigen Kern aus der Form zu entfernen. Deshalb sind Entformungsmaßnahmen notwendig, wie Freigabekonusse entlang der Oberflächen parallel zu der Wabenzellwand. Die sich ergebenden Kerne besitzen konische Zellwände und sind auf Zelldurchmesser beschränkt, die ausreichend groß sind, um die Freigabekonusse aufzunehmen. Gegenwärtige typische, "gegossene" Zelldurchmesser betragen mindestens etwa 12,7 mm (0,5 Zoll).
Ein "extrudierter" wabenförmiger Kern wird hergestellt, indem ein geschmolzener Kunststoff durch eine Strangpreßformöffnung gedrückt wird, die entweder einer einzigen wabenförmigen Zelle oder einer Vielzahl von wabenförmigen Zellen gleicht. Die Extrudate werden gekühlt, auf die gewünschte Länge geschnitten, gestapelt und entweder miteinander klebend verbunden oder durch den Lösungsmittelklebstoff verbunden. Das Verfahren erfordert, daß die Kunststoffmaterialien entweder durch Lösungsmittel gelöst werden können oder unter Verwendung von Klebemitteln mit geringem Klebedruck und/oder wärme zum Anhaften gebracht werden. Die extrudierten Materialien können nicht leicht modifiziert werden, um Faserverstärkungen in dem schmelzflüssigen Strom, der die Strangpresse verläßt zu enthalten. Die sich ergebenden Kerne sind deshalb nicht so fest wie diejenigen, die unter Verwendung der Auseinanderzieh und Welltechniken hergestellt werden.
Die "warmgeformten", wabenförmigen Kerne gleichen der typischen sechseckigen Wabenkernstruktur am wenigsten. Gemäß diesem Verfahren, wird eine warmformbare Kunststoffplatte auf ihre Formtemperatur erhitzt und dann durch gleichzeitiges Strecken der Platte in entgegengesetzten Richtungen lotrecht zu ihrer anfänglichen Ebene zu einer wabenförmigen Gestalt geformt. Die Streckwerkzeuge sind entweder gekühlte Metallstifte, die sich durch die Platte erstrecken oder perforierte Platten, die an der Kunststoffplatte anhaften und sie auseinanderziehen. Das Warmformverfahren führt zu Kernen mit Zellwänden, die zu der Zellöffnung nicht lotrecht sind und die unterschiedliche Zellwanddicken aufweisen. Diese Kerne liefern deshalb nur geringe strukturelle Eigenschaften.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren der Herstellung des strukturellen wabenförmigen Kerns, das das Stapeln einer Vielzahl von Streifen übereinander und das Verbinden jedes Streifens mit den zwei benachbarten Streifen an beabstandeten Stellen, wobei sich die beabstandeten Stellen mit einem der benachbarten Streifen mit den beabstandeten Stellen mit den anderen der benachbarten Streifen abwechseln umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß Freigabesubstrate zwischen den Streifen an den beabstandeten Stellen eingesetzt werden und der Verbindungsschritt durch Schweißen durchgeführt wird, wobei die Freigabestreifen verhindern, daß irgendeine Schweißnaht mehr als zwei der Streifen verbindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung, umfaßt ein Verfahren der Herstellung eines strukturellen, wabenförmigen Kerns das Übereinanderlegen erster, zweiter und dritter Streifen aus Thermoplast, wobei die sich gegenüberliegenden Seitenränder jeweils fluchtend ausgerichtet sind, Verbinden der ersten und zweiten übereinandergelegten Streifen miteinander an ersten beabstandeten Stellen entlang der Länge der übereinandergelegten Streifen, Verbinden der zweiten und dritten übereinandergelegten Streifen miteinander an zweiten beabstandeten Stellen zwischen den ersten beabstandeten Stellen und Auseinanderziehen der Streifen zur Bildung einer wabenförmigen Struktur und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschritte durch Schweißen an den ersten und zweiten Stellen durchgeführt werden und daß vor dem Verbindungsschritt Freigabesubstrate in der Nähe der ersten Stellen auf der Seite des ersten Streifens gegenüber dem zweiten Streifen angeordnet werden und Freigabesubstrate zwischen den ersten und zweiten Streifen in der Nähe der zweiten Stellen angeordnet werden.
Die vorliegende Erfindung überwindet die vorstehenden Probleme und kann auf einfache und zufriedenstellende Weise einen wabenförmigen Kern schaffen, der korrosionsbeständig, schlagfest und wärmebeständig ist. Der Kern kann aus thermoplastischen Harzen ohne die Verwendung von wärmeaushärtenden Klebemitteln hergestellt werden. Die Kernstruktur und das Verfahren ihrer Herstellung ermöglichen es, daß der Kunststoff mit synthetischen, Glas oder Kohlenstoffasern verstärkt wird. Insbesondere kann der Kern aus thermoplastischen Platten unter Verwendung von entweder dem Well oder dem Auseinanderziehverfahren hergestellt werden, wobei die Kernknoten zusammengeschweißt sind. Die gegenwärtig bevorzugten kristallinen Thermoplaste, aus denen der vorliegende Kern hergestellt werden kann, sind im allgemeinen Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet der Kunststofftechnik wohlbekannt. Die Anmelderin hat erkannt, daß solche Materialien die gewünschten Eigenschaften für wabenförmige Platten und wabenförmige Kerne aufweisen. Beispielsweise könnten thermoplastische Kerne zu thermoplastischen Verkleidungsplatten ohne die Verwendung von einem Klebemittel geschmolzen werden.
Jedoch mußten mehrere Probleme, deren Lösungen die vorliegende Erfindung enthält, vor der Verwendung dieser Materialien, angesprochen werden. Zuerst ist die Haftfestigkeit bei Verwendung von wärmeaushärtenden Klebemitteln in Zusammenhang mit kristallinen Thermoplasten unzureichend, um ein nachfolgendes Auseinanderziehen der Kerne bei erhöhten Temperaturen zu gestatten, was erforderlich ist, um den Kern in einer starren Konfiguration auszuhärten. Zweitens können kristalline Thermoplaste nicht einfach zu einer Lösung zum Gießen und/oder Lösungsmittelkleben verarbeitet werden. Drittens schliefen Versuche, die wabenförmigen Kerne mit thermoplastischen Materialien unter Verwendung der Gieß, Extrudier oder Warmformverfahren herzustellen, die zweckmäßige Verwendung von faserigen Verstärkungen aus, die erforderlich ist, um bessere strukturelle Eigenschaften zu erzielen.
Nachdem sich alle herkömmlichen Technologien für das gegenseitige Verbindung der kristallinen Thermoplaste als erfolglos erwiesen hatte, erdachte die Anmelderin, daß solche Platten durch Schweißen der Platten aneinander miteinander befestigt werden können. Schweißen schaltet die Verwendung von wärmeaushärtenden Klebstoffen, Lösungsmitteln und anderen chemischen Verbindungsmitteln aus.
Allgemein gesprochen werden gemäß einer bevorzugten Weise der Durchführung der vorliegenden Erfindung die thermoplastischen Platten an beabstandeten Stellen zusammengeschweißt, während sich das Material entweder in einer flachen oder gewellten Form befindet. Am wünschenswertesten wird jede Platte oder jeder Streifen in seiner Lage auf den Stapel gelegt und an beabstandeten Stellen mit der vorhergehenden Platte verschweißt. Dieses Verfahren des Legens einer neuen Platte in ihrer Lage und ihr Verschweißen an beabstandeten Stellen mit der vorhergehenden Platte wird fortgesetzt, bis ein Stapel der gewünschten Dicke oder Anzahl von Schichten geschaffen ist. Dieser Stapel wird dann auf die Erweichungstemperatur des Materials erhitzt und in herkömmlicherweise auseinandergezogen, um die wabenförmige Konfiguration zu schaffen. Ein Abkühlen auf eine niedrigere Temperatur gestattet es, daß der auseinandergezogene Kern erstarrt.
Der sich ergebende Kern ist weniger teuer als die meisten metallischen Kerne und ist auch korrosions, chemisch und schlagfest. Die elektrischen Eigenschaften sind gleichförmig, da bei der Anordnung nur eine Materialart verwendet wird.
Die Erfindung kann in der Praxis auf verschiedene Weise durchgeführt werden, aber strukturelle, wabenförmige Kerne und ihr erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren werden jetzt auf übliche Weise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen auf übliche Weise beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht eines strukturellen, wabenförmigen Kerns, hergestellt durch Aufeineranderlegen von flachen Streifen oder Platten,
Fig. 2 bis 8 den Kern in verschiedenen Phasen seiner Herstellung während der Aufeinanderlege und Schweißschritte, und
Fig. 9 wie das Schweißverfahren dem Aufeinanderlegen der gewellten Platten angepaßt werden kann.
Ein struktureller wabenförmiger Kern, der in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird, ist in Fig. 1 veranschaulicht und im allgemeinen mit 10 bezeichnet. Der Kern umfaßt eine Vielzahl von Schichten 20 bis 27, die selektiv an Knoten 35 befestigt und auseinandergezogen sind, um eine Vielzahl von benachbarten, sechseckigen Zellen zu bilden. Das beschriebene Aussehen des wabenförmigen Kerns, der erfindungsgemäß hergestellt wird, ist ähnlich dem Aussehen der im allgemeinen in der Technik wohlbekannten, wabenförmigen Kerne.
Das Material, aus dem der Kern 10 hergestellt wird, ist ein Thermoplast, wobei solche Materialien im allgemeinen Durchschnittsfachleuten in der thermoplastischen Technik wohlbekannt sind. Geeignete Materialien können amorph oder kristallin sein und mit faserigen Materialien und Füllstoffen aus Metall, Glas, Kohlenstoff, Keramik oder anderen Kunststoffen verstärkt sein. Der gegenwärtig bevorzugte Thermoplast ist ein kristalliner Thermoplast, der unter dem Warenzeichen VIC- TREX PEEK von ICI Americas of Dover, Delaware, vertrieben wird und mit einem gewebten Glasfasergewebe, wie dem allgemein erhältlichen Style 106 gefüllt ist. Andere geeignete Materialien, Verstärkungen und Füllstoffe sind für Durchschnittsfachleute in der thermoplastischen Technik aufgrund des beschriebenen Herstellungsverfahrens offensichtlich. Im allgemeinen können alle Thermoplaste mit oder ohne Verstärkung und/oder Füllstoff verwendet werden, so lange aus diesen Materialien hergestellte Platten bei oder in der Nähe der Schmelztemperatur des thermoplastischen Harzes mitaneinander verschmolzen werden können, der die gesamten anderen Verstärkungen und Füllstoffe einkapselt.
Der beschriebene Kern wird im wesentlichen in vier Phasen hergestellt. Die erste Phase ist die Vorbereitung des Plattenmaterials für das anschließende Schweißen mittels Wellenbildung, Oberflächenbehandlung oder Ablagerung von metallischen Teilchen im Mikrongrößenbereich an den geplanten Knotenlinien. Alle diese Schritte oder keiner dieser Schritte können erforderlich sein, je nachdem ob gewellte oder flache Platten verwendet werden und je nach der auszuwählenden Quelle der Schmelzhitze. Die zweite Phase besteht aus dem Aufeinanderlegen von Schichten und Zusammenschweißen der verschiedenen Schichten an ausgewählten, beabstandeten Knoten. Die dritte Phase umfaßt das Erhitzen des Plattenstapels auf die Erweichungstemperatur des Thermoplast. Der vierte Schritt umfaßt das Auseinanderziehen des erhitzten Stapels und dann Abkühlen des Stapels, um es der sich ergebenden, wabenförmigen Struktur zu gestatten, zu erstarren. Die Phasen drei und vier sind nicht erforderlich, wenn vorgewellte Platten verwendet werden.
Fig. 2 und 3 veranschaulichen den anfänglichen Aufeinanderlegeschritt zu Beginn der Herstellung eines Kerns. Zwei thermoplastische Platten 20 und 21 werden über ihre gesamte Länge aufeinandergelegt. Wie dargestellt, sind die Enden jedes Streifens abgebrochen, um eine unbestimmte Länge anzuzeigen. Die Länge der Streifen ist für die vorliegende Erfindung nicht wichtig. Der untere Streifen 20 besitzt ein Paar Seitenränder 20a und 20b, und in gleicher Weise besitzt der obere Streifen 21 ein Paar Seitenränder 21a (nicht sichtbar) und 21b. Wenn die Streifen aufeinandergelegt werden, fluchten die Seitenränder 20a und 21a und auch 20b und 21b, so daß der sich ergebende, auseinandergezogene Kern eine relativ flache oder gleichförmige Oberfläche aufweist. Eine Vielzahl von Folienstreifen 30 oder anderen Freigabesubstraten wird an beabstandeten Stellen unter dem unteren Streifen 20 vorgesehen. Jeder Folienstreifen 30 ist mindestens so lang und vorzugsweise länger als die Breite der Streifen 20 und 21, so daß der Folienstreifen sich von beiden Seiten erstreckt. Außerdem beträgt die Breite jedes Freigabesubstrats 30 mindestens etwa 1/4 des Mittenabstands zwischen benachbarten Folien. Diese Beabstandung ist üblich, um einen auseinandergezogenen Kern mit regelmäßig geformten, sechseckigen Zellen zu schaffen.
Fig. 4 und 5 veranschaulichen den ersten Schweißschritt bei der Herstellung des Kerns. Die Streifen 20 und 21 werden an gleichmäßig beabstandeten Stellen oder Knoten oberhalb der Folienstreifen 30 zusammengeschweißt. Eine Vielzahl von gleichmäßig beabstandeten Ultraschallschweißköpfen 40 wird zur Berührung mit dem oberen Streifen nach unten bewegt, so dar jeder Kopf im allgemeinen mit einem der Folienstreifen 30 fluchtet. Ultraschallschweißgeräte sind im allgemeinen Durchschnittsfachleuten in der Technik des Ultraschallschweißens wohlbekannt, und folglich wird die Vorrichtung, auf der Schweißköpfe 40 angebracht sind, nicht beschrieben. Es reicht aus, zu sagen, daß die Schweißköpfe 40 jeweils imstande sind, die Streifen 20 und 21, wenn sie dagegen angeordnet sind, mit einer Ultraschallschweißnaht zu versehen. Vorzugsweise beträgt die Breite jeder Schweißnaht 1/4 des Mittenabstands zwischen den Schweißköpfen, wobei solche Abmessungen üblich sind, um regelmäßige, sechseckige Zellen zu schaffen.
Mindestens drei Arten der bekannten Schweißkopfkonfigurationen können bei der Durchführung der Schweißschritte verwendet werden. Wie gegenwärtig bevorzugt, wird Ultraschallschweißen angewandt, wobei die Schweißtrichter das Material durch eine senkrecht hin und hergehende Hochfrequenzbewegung erhitzen. Eine alternative Schweißtechnologie umfaßt die Ablagerung von metallischen, eisenhaltigen Teilchen auf den Knotenlinien und das Einbauen von Induktionsspulen in die Schweißköpfe, um zu bewirken, daß die zu erhitzenden, metallischen Teilchen und das zu erhitzende Material durch die Wirkung eines Magnetfelds erhitzt werden. Solche Induktionsschweißgeräte werden von der Hellerbond Technology in Columbus, Ohio und EMA Bond Inc. in Englewood, New Jersey vertrieben. Als dritte Alternative kann ein elektrisch erhitzter Schweißkopf verwendet werden, um Wärme an das Kunststoffmaterial zu übertragen.
Nachdem der erste Schweißarbeitsgang zwischen den Streifen 20 und 21 beendet ist, werden die Schweißköpfe zurückgezogen und ein zusätzlicher Streifen 22 wird in seine Lage wie in Fig. 6 und 7 gezeigt aufgelegt. Wie bei allen Streifen fluchten die seitlichen Ränder des Streifens 22 mit den Seitenrändern der Streifen 20 und 21. Außerdem werden Folienstreifen oder andere Freigabesubstrate zwischen die Streifen 20 und 21 an beabstandeten Stellen zwischen geschweißten Knoten 35 gelegt. Die Folienstreifen 50 sind im allgemeinen identisch mit den Folienstreifen 30. Folglich beträgt die Breite jedes Folienstreifens 50 etwa 1/4 des Mittenabstands zwischen den Folienstreifen 30 oder dem Mittenabstand zwischen den Folienstreifen 50. Außerdem liegt jeder Folienstreifen 50 in etwa in der Mitte zwischen zwei Folienstreifen 30 der vorhergehenden Schicht.
Nachdem der Streifen 22 in seiner Lage angeordnet ist, werden die Schweißköpfe 40 nach unten in Berührung mit dem Streifen 22 an gleichmäßig beabstandeten Stellen oberhalb der und in Fluchtung mit den Freigabestreifen 50 bewegt. Das Schweißgerät wird dann betätigt, um an Knoten 55 eine Ultraschallschweißnaht zu erzeugen, von denen jede eine Breite aufweist, die im allgemeinen 1/4 des Mittenabstands zwischen den Schweißköpfen beträgt. Wie vorstehend angegeben, liegen die Schweißköpfe 40 in bevorzugter Weise in einem festen Abstand voneinander in einer geeigneten Trägerstruktur. Die gleichen Schweißköpfe können verwendet werden, um wechselnde Knotenschichten 35 und 55 zu schweißen, indem die Schweißköpfe alternierend rückwärts und vorwärts um die Hälfte des Mittenabstands zwischen den Köpfen für jede Schicht verschoben werden.
Wie in Fig. 8 veranschaulicht, wird jeder Streifen, wie 21, an jeden der benachbarten Streifen 20 und 22 angeschweißt. Die Folienfreigabestreifen 30 und 40 stellen sicher, daß nur zwei benachbarte Schichten oder Streifen während jedes Schweißvorgangs zusammengefügt werden. Die Schweißknoten 35 zwischen den Streifen 20 und 21 wechseln sich entlang der Länge der Streifen mit den Schweißknoten 55 zwischen den Streifen 21 und 22 ab. Folglich ist die Länge jedes Streifens 21 etwa zur Hälfte von den Schweißknoten 35 und 55 eingenommen und zur Hälfte frei.
Die in Fig. 6 bis 8 veranschaulichte Sequenz des Anbringens eines weiteren kristallinen thermoplastischen Streifens in seiner Lage, des Einfügens der Freigabesubstrate und des Verschweißens des neuen Streifens an beabstandeten Stellen wird wiederholt, bis ein Stapel mit der gewünschten Dicke oder Anzahl von Schichten geschaffen ist. Typischerweise werden die Freigabestreifen 30 und 50 von der Anordnung nach Beendigung des gesamten Schweißens entnommen. Alternativ können die Freigabestreifen entfernt werden, wenn die Größe des Stapels vergrößert wurde, so daß keine Gefahr besteht, daß ein Ultraschallverbinden an Schichten auftritt, von denen die Freigabestreifen entfernt sind. Vielleicht das leichteste Mittel des Entfernens der Freigabestreifen ist es, ihnen zu gestatten, zwischen den Zellen heraus zufallen, wenn der wabenförmige Kern auseinandergezogen wird.
Nachdem alle Schweißnähte fertiggestellt sind, wird die Anordnung auseinandergezogen, um die in Fig. 1 gezeigten, regelmäßig geformten, sechseckigen, offenen Zellen zu schaffen. Es ist denkbar, daß ein Teil der Bahn auseinandergezogen wird, während ein separater Teil der Bahn noch mit zusätzlichen thermoplastischen Streifen ergänzt wird.
Nach Beendigung des Auseinanderziehens, wird der auseinandergezogene Kern wärmebehandelt, um die kristallinen, thermoplastischen Streifen wärmeauszuhärten oder anderweitig zu verfestigen. Je nach dem für die Streifen 20 bis 27 verwendeten Material, können andere Verfestigungsverfahren angewandt werden. Beispielsweise kann es erwünscht sein, die Streifen chemisch zu behandeln, um ihre Steifigkeit zu erzielen oder den auseinandergezogenen Kern einem Tauchüberziehen in einem Material zu unterwerfen, das sich anschließend als Überzug verfestigt.
Der vorstehend beschriebene Kern kann dann auf übliche Weise bei der Herstellung von strukturellen Platten verwendet werden. Insbesondere werden auf die beiden gegenüberliegenden Seiten der wabenförmigen Kernstruktur Überzugsplatten oder schichten (nicht gezeigt) aufgebracht, um eine Platte zu schaffen. Die Plattenverkleidungsplatten könnten, falls sie aus dem gleichen Material wie der Kern hergestellt sind oder an dem Kernmaterial anschmelzbar sind, auch an den Kern ohne die Verwendung von Epoxyharzen oder anderen Klebe oder Verbindungsmitteln angeschmolzen werden.
Fig. 9 veranschaulicht die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung von gewellten Kernen 10'. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Schichten 20 und 21, werden die Schichten 20' und 21' vor dem Schweißen gewellt. Die erhabenen Bereiche 22' der benachbarten Platten werden mit einander zur Fluchtung gebracht und unter Verwendung von Schweißtechniken, wie vorstehend beschrieben, zusammengeschweigt. Die Freigabesubstrate 50' sind so hoch (gesehen in Fig. 9) wie eine der Zellen und sind so breit wie eine der Zellwände, um das Stapeln und Aufrechterhalten der Zellform während des Schweißens zu erleichtern.
Der beschriebene Kern ermöglicht die Herstellung von strukturellen Platten, die besonders gut für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Der kristalline Thermoplast ist relativ billig im Vergleich zu metallischen Kernen, die früher bei Hochtemperaturanwendungen erforderlich waren. Außerdem ist das beschriebene Material nichtkorrodierend und schlagfest.
Es wird auch erwartet, daß verschiedene Schichten des Kerns aus unterschiedlichen Thermoplaste hergestellt werden können, so lange die unterschiedlichen Thermoplaste aneinander geschmolzen werden. Es kann beispielsweise wünschenswert sein, verschiedene Materialien zur Verbesserung elektrischer Eigenschaften zu verwenden. Ein Kern könnte beispielsweise aus wechselnden Schichten aus Polyetherimidharz (PEIHarz), vertrieben unter dem Warenzeichen ULTEM von der General Electric Company mit wechselnden Schichten, die aus Polyethersulfonharz (PESHarz), vertrieben unter dem Warenzeichen VICTREX PES von ICI Americas of Dover, Delaware, hergestellt werden.
Die vorstehende Beschreibung ist diejenige bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung. Verschiedene nderungen und Abänderungen können durchgeführt werden, ohne die Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines strukturellen, wabenförmigen Kerns (10; 10'), umfassend das Stapeln einer Vielzahl von Streifen (20; 20') übereinander und Verbinden jedes Streifens mit den zwei benachbarten Streifen an beabstandeten Stellen (35), wobei sich die beabstandeten Stellen mit einem der benachbarten Streifen mit den beabstandeten Stellen mit dem anderen der benachbarten Streifen abwechseln, gekennzeichnet durch das Einsetzen, von Freigabesubstraten (35, 50; 50') zwischen den Streifen an den beabstandeten Stellen und Durchführen des Verbindungsschritts durch Schweißen, wobei die Freigabestreifen verhindern, daß irgendeine Schweißnaht mehr als zwei der Streifen verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Streifen aus einem Material mit einem flexiblen und einem starren Zustand hergestellt sind, und weiterhin die geschweißten Streifen nach Notwendigkeit auseinandergezogen werden, um eine wabenförmige Konfiguration zu bilden, und Überführen der Streifen von ihrem ersten Zustand in ihren zweiten Zustand, während sie in der wabenförmigen Konfiguration gehalten werden, um die Streifen in der wabenförmigen Konfiguration starr zu machen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Material durch Wärmebehandlung von seinem flexiblen in seinen starren Zustand überführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Stapelschritt das einzelne Hinzufügen von Streifen auf den anwachsenden Stapel umfaßt und der Schweißschritt das Schweißen jedes einzelnen Streifens nach dessen Hinzufügen auf den Stapel umfaßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Streifen vor dem Schweißschritt gewellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein kristalliner Thermoplast ist, der vorzugsweise faserverstärkt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines strukturellen, wabenförmigen Kerns (10; 10'), umfassend das Übereinanderlegen erster, zweiter und dritter Streifen (20; 20') aus Thermoplast, wobei die sich gegenüberliegenden Seitenränder jeweils fluchten, Verbinden der ersten und zweiten übereinandergelegten Streifen miteinander an ersten beabstandeten Stellen (35) entlang der Länge der übereinandergelegten Streifen, Verbinden der zweiten und dritten übereinandergelegten Streifen miteinander an zweiten beabstandeten Stellen (35) zwischen den ersten beabstandeten Stellen, und Auseinanderziehen der Streifen zur Bildung einer wabenförmigen Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschritte durch Schweißen an den ersten und zweiten Stellen durchgeführt werden und daß vor dem Verbindungsschritt Freigabesubstrate (30, 50; 50') in der Nähe der ersten Stellen auf der Seite des ersten Streifens gegenüber dem zweiten Streifen angeordnet werden und Freigabesubstrate zwischen den ersten und zweiten Streifen in der Nähe der zweiten Stellen angeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Übereinanderlegeschritte, die Anordnungsschritte und die Schweißschritte mehrfach wiederholt werden, um eine Vielzahl von geschweißten Schichten der Streifen vor dem Auseinanderziehungsschritt zu schaffen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der Thermoplast ein kristalliner Thermoplast ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der kristalline Thermoplast faserverstärkt ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem die Streifen aus einem Material hergestellt werden, das in einem ersten Zustand relativ flexibel und in einem zweiten Zustand relativ starr ist, wobei die Streifen während des ersten Zustands verschweißt werden und dann in den zweiten Zustand überführt werden.