EP0842000A1 - Gitterblockmaterial - Google Patents

Gitterblockmaterial

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Publication number
EP0842000A1
EP0842000A1 EP96913524A EP96913524A EP0842000A1 EP 0842000 A1 EP0842000 A1 EP 0842000A1 EP 96913524 A EP96913524 A EP 96913524A EP 96913524 A EP96913524 A EP 96913524A EP 0842000 A1 EP0842000 A1 EP 0842000A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wires
wire
frame
wire mesh
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP96913524A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jonathan Priluck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jonathan Aerospace Materials Europe AB
Jonathan Aerospace Materials Corp
Original Assignee
Jonathan Aerospace Materials Europe AB
Jonathan Aerospace Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jonathan Aerospace Materials Europe AB, Jonathan Aerospace Materials Corp filed Critical Jonathan Aerospace Materials Europe AB
Publication of EP0842000A1 publication Critical patent/EP0842000A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F27/00—Making wire network, i.e. wire nets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F27/00—Making wire network, i.e. wire nets
    • B21F27/02—Making wire network, i.e. wire nets without additional connecting elements or material at crossings, e.g. connected by knitting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F27/00—Making wire network, i.e. wire nets
    • B21F27/08—Making wire network, i.e. wire nets with additional connecting elements or material at crossings
    • B21F27/10—Making wire network, i.e. wire nets with additional connecting elements or material at crossings with soldered or welded crossings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F27/00—Making wire network, i.e. wire nets
    • B21F27/12—Making special types or portions of network by methods or means specially adapted therefor
    • B21F27/128—Making special types or portions of network by methods or means specially adapted therefor of three-dimensional form by connecting wire networks, e.g. by projecting wires through an insulating layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/002—Resistance welding; Severing by resistance heating specially adapted for particular articles or work
    • B23K11/008—Manufacturing of metallic grids or mats by spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B3/00—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form
    • B32B3/26—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer
    • B32B3/266—Layered products comprising a layer with external or internal discontinuities or unevennesses, or a layer of non-planar shape; Layered products comprising a layer having particular features of form characterised by a particular shape of the outline of the cross-section of a continuous layer; characterised by a layer with cavities or internal voids ; characterised by an apertured layer characterised by an apertured layer, the apertures going through the whole thickness of the layer, e.g. expanded metal, perforated layer, slit layer regular cells B32B3/12
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/22—Nets, wire fabrics or the like

Definitions

  • the present invention is based on a U.S. Patent Application Serial No. 08 / 033,111, filed March 18, 1993, and a continuation-in-part application filed thereon.
  • the invention relates to building materials or structural components and a method for their production. More specifically, the invention relates to a structured material or building material, which has a multi-dimensional lattice structure, and a method for its production.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a high-strength, low-weight building material, which is designed as a multi-dimensional grid.
  • the building material according to the present invention is characterized by a wire mesh.
  • the wire mesh is typically designed in the form of evenly stacked pyramids in a three-dimensional arrangement. Each pyramid consists of eight wire segments, which are connected to each other at their intersection points.
  • the wire segments are S
  • the material is composed of structural parts that are about 0.005 inches to 0.1 inches [0.1 mm - 2.5 mm] in diameter and 0.03 inches - 0.09 inches long.
  • the material according to the invention is not limited to the materials and wire diameters mentioned above.
  • the term “wire” in the sense of the present invention should not only refer to metal wires, but also to encompass all types of elongated filaments, regardless of the material from which they are made, with only the specific application purpose of the material selection setting limits.
  • the structure according to the invention brings a significant improvement in the mechanical strength of the lattice structure material in relation to the weight when the material is compared with other known structures, for example in the form of homogeneous solid material.
  • the specified preferred diameter range for the wires can also easily be exceeded or fallen short of by a factor of 10.
  • very thin wires in the range from 10 ⁇ m to 250 ⁇ m diameter, there may be interesting areas of application for the manufacture of extremely stable, yet light and thin-walled components.
  • a material made from steel wire in accordance with the present invention is approximately one-fifth the density of solid steel, yet is of comparable strength. These properties are based on a variety of factors. For example, forces acting on the material are transferred in the same way as forces in a truss or structure with conventional dimensions.
  • the small cross-sectional area of the wires leads to a large surface-to-volume ratio.
  • the isolation of elements reduces the progression of cracks or other defects through the material and also contributes to the even distribution or transmission of loads.
  • the small cross-sectional dimension of the wires used to make the material preferably less than 0.01 inches [0.25 mm] in diameter, results in superior strength properties because the small grain size of the wires prevents crack propagation.
  • the invention is also concerned with methods of manufacturing such elements.
  • the material can be characterized in that it is constructed from a spatial lattice structure, the chemical-physical properties of the material used not being very important at first.
  • the invention is based on Consider which structure of a building material provides the best possible ratio of rigidity or bending strength to the weight of the structural material.
  • the components ie the wires from which the structural material is made, should have good compressive and tensile strength.
  • the "wires" do not necessarily have to consist of a metallic material, but can also consist of a plastic or natural fibers, which are welded or glued to one another accordingly. Although one will generally achieve higher strengths with metallic wires, on the other hand, when using other building materials such as plastics or natural fibers, an extremely low weight can still be achieved with sufficient strength, whereby a correspondingly low weight may not be achievable with metallic materials.
  • the method according to the invention provides that at least three groups of wires or filaments (whereby non-metallic materials are to be included) are arranged in parallel in each group and are superimposed or interwoven at an angle between 10 ° and 90 ° relative to one another, whereby these groups of wires or other filaments are preferably connected to one another at their crossing points by welding or gluing.
  • the three groups of parallel wires or filaments form a structure of triangles which are attached to one another across the entire surface. These can be folded along parallel, equally spaced lines, the wires from one of the groups of parallel wires preferably defining the fold lines.
  • the triangular lattice made of the three groups of parallel wires is folded alternately along neighboring wires from one of the groups in an accordion-like manner.
  • the grid folded in this way appears in a zigzag shape in a side view with two parallel planes of fold lines which are to be referred to here as the upper and lower planes for better differentiation.
  • the fold angle designates the angle between two planes which intersect in one of the fold lines of one plane and run through the two fold lines adjacent to it on the other plane.
  • a variant of the invention is particularly preferred in which the folding angle is selected such that the distance between adjacent folding lines in the upper level and also the distance between adjacent folding lines in the lower level is just equal to the knot distance of the knot or intersection points of the wires along the fold lines is, or that at least these distances between folds and nodes are in the ratio of small integers to each other.
  • the flat gratings are constructed from equilateral triangles, i.e. the three groups of wires intersect each other at angles of 60 °, the arrangement preferably being such that the third group of parallel wires runs exactly along the crossing points of the other two groups, but this does not necessarily have to be the case otherwise.
  • the preferred fold angle, at which the distances between adjacent fold lines of one plane are equal to the distances of the nodes along the fold lines is approximately 51.3 °.
  • Another, different embodiment, which may be preferred for certain application conditions, is composed of three groups of wires, which are oriented relative to each other so that not equilateral, but isosceles triangles form, in which the legs are significantly longer than that Base page.
  • the last-mentioned third group of wires also forms the fold lines, whereby the folding, like in the previously described embodiment, creates a spatial structure made of pyramids, which are only missing two opposite base sides.
  • the resulting pyramids are higher and more pointed and the upper and lower planes are further apart than in the previously-mentioned embodiment, which is constructed from equilateral triangles.
  • two grids rotated perpendicular to one another can be placed one on top of the other and brought to coincide with their nodes and can be connected if the above-mentioned preferred folding angle is observed, which depends on the exact shape of the triangles from which the respective flat grid is constructed.
  • the desired pyramids with completely encircling base edges also result from the connection of two such folding grid structures which are superimposed crosswise.
  • flat grids can also be welded to the folding grids, these flat grids having exactly the structure of the nodes of the upper or lower level of the folding grilles.
  • rectangular lattice structures are created by folding in the upper and lower levels and, with the preferred folding angle, the structure of a square lattice, in particular, according to the present invention, a structure can also be produced from several layers of folding lattices, with suitable layers optionally also flat grid, eg rectangular grid, can be inserted in between. If a flat grid is placed between two folding grilles, the twisting of the folding grilles by 90 ° to one another can be omitted and in this case there is also no need to maintain the preferred folding angle.
  • One embodiment of the present invention relates to a special production of the starting elements, namely the flat grids, which are then optionally folded and connected to one another in several layers to form the final grid block material.
  • a flat or flat web material is used, e.g. a sheet of metal from which part of the material is removed by stamping, etching, drilling or other processes so that the remaining parts of the web material form a coherent network or lattice, the remaining parts of the web material being formed as a lattice and in one piece interconnected "wires" in the sense of the previously described embodiments.
  • the resulting flat grid is the same thickness everywhere, i.e.
  • the material is also as thick at the "crossing points" of "wires" as between these crossing points or knots.
  • the "wires" or the individual webs of the web material that remain in the web material after punching out or etching out corresponding holes do not necessarily have to run along continuous, straight lines, but can already be angled relative to one another in the web plane at the individual nodes his.
  • the nodes do not necessarily have to be arranged on three groups of parallel lines, the three groups crossing each other, but more complicated structures are also conceivable, in which the individual nodes are in turn arranged along parallel, straight lines, but possibly more than three groups of parallel lines are necessary to describe the position of all nodes or where the distances of the node lines are smaller or larger compared to materials made from three groups of parallel wires.
  • a correspondingly more complicated structure results, for example, if one imagines that, starting from a wire grid consisting of equilateral triangles, two of the crossing groups of wires do not run exactly straight, but along light zigzag lines, with bends at the nodes and where adjacent wires of the same group are each angled in exactly the opposite direction, so that for a given wire of a group only every second wire runs parallel along the same zigzag line.
  • the resulting triangular lattice is then no longer made up of equilateral triangles, but instead of obliquely angled triangles, the corners of which, however, can still have the symmetry of a lattice made up of equilateral triangles on a larger scale.
  • the "wires" or filaments from which a lattice made of web material is constructed do not necessarily have to have a constant cross section over their entire length, but can for example be wider at the nodes and thus reinforced.
  • planar grids or networks there are a variety of other design options in the structure of planar grids or networks, but should, however, be designed as far as possible so that they have parallel knot lines along which the web material can be folded, so that after folding these knot lines two parallel Define levels and so that in these levels the connection can be made with other grids, one in the connection level 6 have compatible node structure.
  • a "lattice structure” is considered to be “compatible” which either has the same symmetry and the same distance between the nodes, so that the nodes of adjacent lattice planes of the two lattices to be connected can be made to coincide with one another, or at least such a symmetry and such
  • the distance between nodes is such that a considerable part of the nodes of the neighboring grids, for example at least 10%, can be covered and thus connected to one another.
  • this also applies in an analogous manner if the nodes of adjacent grids are not connected to one another, but rather one node of one grid is connected to a connecting web between two adjacent nodes of the other grid.
  • certain symmetry and spacing conditions must be met so that the connection points are distributed as evenly as possible over the connection plane, so that the forces acting on the material during later use are evenly distributed and derived.
  • the method according to the invention includes providing equipment that is capable of accommodating a series of sliding blocks and a weaving frame in which the sliding blocks can be arranged. Next, fine wires are attached to the loom and then woven. Following the weaving, the wires are welded together. The resulting sheets or sheet material can then be used in the desired manner or shaped as necessary to create a corrugated material.
  • the material according to the invention can be produced in elongated sections and using suitable mounting and welding structures. These elongated sections can then be corrugated or shaped as desired. The individual steps of these methods according to the invention will be discussed in detail below.
  • the stenter is a substantially flat ring that has three sets of opposing tracks with T-shaped slots that are at 120 ° intervals are arranged.
  • the slide block assemblies which are sized and shaped to fit within the tracks of the tenter frame, have rows of parallel grooves to capture the wires and hold them in place.
  • the loom which consists of three grooved stands on a rotating, triangular platform, is prepared.
  • the loom is prepared to include three posts that have positioning surfaces on which the slide block assemblies are locked before the wire is withdrawn from the spool. While the winding frame or weaving frame and thus also the stands are rotating, the wire continues to run down through the grooves of the slide blocks, so that after one revolution the wire runs into the next deep groove.
  • the wire is cut off next to the sliding blocks.
  • the slide blocks are mounted on the previously prepared frame so that they form a wire mesh or a matrix.
  • the nodes of the wire matrix i.e. the points at which the wires overlap one another are then connected to one another using a forging press.
  • the forging press applies heat and pressure evenly to all connections at the same time in order to achieve welding at each node.
  • the material can be removed from the sliding blocks and the tenter.
  • the flat material thus produced using the method of the invention can be used in isolation as a building material.
  • the resulting material can be bent or kinked using a press, ram, and die, or by passing through a set of sawtooth rollers to form corrugated pleats.
  • This latter material can be alternately stacked and bonded with flat sheets of the material to form a thicker three-dimensional material.
  • a set of wires is positioned on a second holding frame.
  • a wire is placed on a first holding frame.
  • the first and second holding frames are then moved opposite each other such that the wires of the second holding frame are arranged at a relative angle of about 60 ° to the wire on the first frame.
  • the wires of the second frame are welded to the wire on the first frame. Welding can be done wire by wire or in groups, as desired.
  • the wires in the second frame are advanced so that the wire in the first frame can be moved into an adjacent groove. Then a second wire is placed in the first frame and the ⁇ 0
  • the welding process is repeated. This process continues until a substructure of desired dimensions is made from two sets of welded wires.
  • a third set of wires is welded to the two wire substructure discussed above.
  • a wire is placed in the first holding frame.
  • the first and second support frames are then moved to a position opposite each other so that all of the wires are aligned at relative angles of about 60 °. This means that a row is formed from equilateral triangles.
  • the wires are welded together at the intersections.
  • the welding can be done wire by wire or in groups as desired. When the welding of the wires is completed, the finished material is released from the holding frame.
  • the material produced using the alternative method of the invention can also be used in isolation as a structural material or building and construction material.
  • the material so produced can also be bent or kinked using a press, a press die and a die, or by passing it through a set of sawtooth rollers to form corrugated or serrated or serrated sheets. This latter material can be alternately stacked and bonded with flat sheets of the material to form a thicker three-dimensional material.
  • a series of parallel wires is tensioned, which can be advanced in parallel in their longitudinal direction by a welding device.
  • the corresponding device also contains guiding and / or tensioning devices in order to keep the first group of wires parallel and contains further guiding and tensioning devices for a second group of parallel wires which extend at an angle to the first-mentioned group of wires , which angle can be between 10 ° and 90 °.
  • the corresponding device also has a third group of guide elements or tensioning devices, with the aid of which a third group of parallel wires is aligned so that it extends to the first two groups at an angle between 10 ° and 90 °, preferably below the same Angle to the first group, which also includes the second group with the first group.
  • the guide and tensioning devices are arranged so that the three groups of wires each have common intersection or overlay points. Welding can be carried out one after the other, ie ⁇ first between wires of the first and second group and then between wires of the third and second group, but it can also be done on all three groups or individual wires at the same time. The wires are then lifted out of appropriate guides and moved a distance that corresponds to the working area of the welding device.
  • the groups of wires can simply be arranged one above the other in layers, but if necessary they can also be interwoven, which, however, complicates the manufacturing process.
  • the invention features a method and a device having steps, design features, combinations of elements and arrangements of parts designed to effect such steps as exemplified in the following detailed disclosure, the scope of which Invention is specified by the claims.
  • FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the construction material of FIG. 1
  • Figure 2 is an enlarged plan view from above of a section of the construction or
  • FIG. 3 is a perspective view of a further embodiment of the structural material of the invention, which has a corrugated or corrugated cross-sectional structure
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of a further embodiment of the structural material of the invention.
  • Structural material of the invention is, which alternate layers of the in the
  • Figures 1-3 have illustrated embodiments of the invention
  • Figure 5 is a perspective view of the embodiment of the structural material of the figure
  • Figure 6 is a perspective view of the frame or stretcher for which
  • Figure 7 is a perspective view of the loom and spool frame used for the
  • Top views are first and second support frames used to make the structural material of the invention by the alternative
  • FIG. 9 shows a flat grid, which is made up of isosceles triangles with a small one
  • Figure 10 schematically shows the structural change associated with a folding process.
  • Figure 11 is a plan view of a folded grid with a preferred folding angle, so that the
  • FIG. 12 shows a detail from FIG. 11 in a perspective view
  • FIG. 13 shows a grid made from a web material.
  • FIGS. 1-8 illustrate a structural material 10 embodying the present invention.
  • the structural material 10 is produced from a grid or network of fine wire segments 12, which are connected to one another at their nodes 14.
  • the fine wire segments 12 are sections of a continuous wire 16.
  • the structural material 10 is characterized by a grid of fine wire segments 12.
  • the structural material 10 can be flat or corrugated or jagged in cross-section, depending on the intended technical application.
  • the structural material 10 has a multilayer structure which consists of pyramids 18 stacked uniformly in a three-dimensional arrangement. Each pyramid 18 consists of eight wire sections 12, which are connected to one another at their nodes 14.
  • the wire segments 12 typically consist of brass, stainless steel or EDM wire.
  • the fine wires 12 preferably have a diameter between 0.005 inches and 0.01 inches [0.125-0.254 mm].
  • the wire sections 12 are typically between 0.02 inches and 0.1 inches [0.5-2.5 mm] long.
  • a currently preferred wire material is 0.08 inches in diameter and is made of stainless steel.
  • the invention also contemplates alternative methods of making structural material 10.
  • a first method uses tenter assemblies 22 and loom assemblies 26, which are described in detail below.
  • An alternative method uses holding frames 70 and 72, which are shown in Figures 8A and 8B, to manufacture the material according to the invention.
  • a frame 22 is provided which is designed to accommodate a series of sliding blocks 24.
  • a weaving frame 26 in which the slide blocks 24 can be placed during the initial weaving is prepared.
  • a continuous wire 16 for weaving is assembled.
  • the wire 16 is then drawn into the weaving frame 26 and interwoven as required.
  • the wire or wires 16 are positioned in the frame 22 and typically connected to one another at the nodes or intersections 14 of the wire segments 12.
  • the resulting sheets or sheets can then be used as desired or shaped as required to produce a multi-layer material.
  • the frame 22 and the sliding blocks 24 are assembled. As shown in FIGS. 6 and 7, these devices serve to keep the wires or wire filaments 16 under tension and in the correct orientation before welding.
  • the frame 22 is a flat ring 28 that has three sets of opposing rails or guides 30 that have T-shaped slots 35.
  • the rails 30 are arranged at angular intervals or intervals of 120 °. This angle is therefore selected so that when the three sets of sliding blocks 24, which have wires or filaments 16 extending therefrom, are arranged in the frame 22, the intersecting wire segments 12 form a plurality of equilateral triangles .
  • the slide blocks 24 each have a first portion 32 with a surface 33 that has a series of parallel grooves 34 to receive the wires 16 and to hold them precisely in place.
  • a second surface 37 which is arranged on the visible side of each of the sliding blocks 24, is designed such that it can be mounted on the stands 38 of the weaving frame 26, which will be described in more detail below.
  • Each slide block 24 also has a second portion 36 that is configured to fit the first portion 32.
  • the second section 36 is sized and shaped to engage the wires when the weaving described below is accomplished.
  • the first and second sections 32 and 36 can be connected using machine screws, bolts, and other fasteners that those skilled in the art are familiar with.
  • the weaving frame 26, which is shown in FIG. 7 and which consists of three stands 38 on a rotating, triangular platform 40, is prepared.
  • Each post 38 has a positioning surface 42 on which the first portions 32 of the slide blocks 24 are attached before the wire 16 is drawn into the weaving frame 26.
  • the positioning surfaces 42 on the stands 38 are designed in such a way that they secure the sliding blocks 24, their grooved surfaces 33 being turned outwards.
  • each of the second surfaces 37 of the first sections 32 is placed on the sliding blocks 24 in contact with a surface of one of the stands 38 to prepare the weaving frame 26 for weaving.
  • the sliding blocks 24 can on the stands 38 e.g. using machine screws, bolts, or other fasteners known to those skilled in the art.
  • the weaving frame 26 and thus also the stand 38 are rotated so as to pull the wire 16 over the grooves 34 of the sliding blocks 24.
  • the frame 26 is rotated such that after one revolution the wire 16 runs into the next deep groove 34 of each sliding block 24. This process continues until all of the grooves 34 of the slide blocks 24 contain a portion of the wire 16.
  • wire filament 16 is preferably held under a tension between about 0.05 and 0.2 ounces [1.4-6 g]. If one carries out this method, a parallel field of the wire or wires 16 is formed between all the stands 38.
  • the second section 36 of each of the sliding blocks 24 is arranged above each of the first sections 32. The wire 16 is then fixed in position for further treatment. The wire 16 is then severed.
  • the wire 16 is cut along the uprights 38, e.g. a welding torch is used. This process creates three independent sections 46 with a slide block 24 at each end of a wire section 48. The slide blocks 24 are then released from the positioning surfaces 42 and transported to the frame 22.
  • the sliding blocks 24 and the wire sections 48 are mounted on the frame 22 and the wire sections 48 are connected to one another using a forging press.
  • the sliding blocks 24 are positioned in the T-slots 35 of the rails 30.
  • Similar T-slots 35, sliding blocks 24 and wire sections 48 are mounted on the frame 22 at relative angles of 120 °.
  • An arrangement in this manner creates a trigonal grid of wire segments 12 which have the shape of a plurality of equilateral triangles 50. Each triangle 50 has three nodes 14 in common with its neighboring triangles 50.
  • a forging press which is familiar to those skilled in the art, is used to apply heat and pressure to all of the nodes 14 at the same time.
  • the press delivers a pressure of about 50 pounds per square inch and a temperature of 1250 degrees Fahrenheit.
  • the wire segments 12 are preferably welded together under vacuum. As soon as all nodes 14 are connected to one another, the resulting structural material 10 can be removed from the frame 22 and possibly the side blocks 24.
  • Figures 8A and 8B show support frames 70 and 72 which can be used for an alternative method of the invention to make the material of the invention.
  • the holding frame 70 has an approximately rectangular shape.
  • a series of grooves 74 are cut into the surface 76 of the frame 70. It will be apparent to those skilled in the art that the dimension of the grooves 74 is determined by the dimension of the wire used to construct the material and grid in accordance with the invention.
  • the grooves 74 are even on the surface 76 ⁇ 6 spaced apart. In general, the spacing between the grooves 74 is determined by the desired properties of the material and grid produced.
  • the grooves 74 are separated from each other between about 0.03 inches and 0.07 inches [0.75 mm - 1.8 mm].
  • the grooves 74 are separated by approximately 0.05 inches [approximately 1.27 mm].
  • the grooves 74 run parallel.
  • a slot 78 is cut into an edge 80 of the frame 70 to provide access for a welding electrode (not shown).
  • the holding frame 72 has a polygonal shape with at least two sides 82 and 84, which are arranged at an angle relative to one another.
  • the angle between the sides 82 and 84 of the holding frame 72 is selected such that the wires, when placed on the frame 72, are oriented at about 60 ° relative to a wire placed on the holding frame 70.
  • the frame 72 also has a series of grooves 86 cut into one of its surfaces 88. Again, those skilled in the art will recognize that the dimension of the grooves 86 is determined by the dimension of the wire used to construct the material and grid in accordance with the present invention.
  • the grooves 86 are evenly spaced from one another on the surface 88. The distance between the grooves 86 is determined by the desired properties of the material and grid produced.
  • the grooves are spaced apart by about 0.03 inches to about 0.07 inches [about 0.75 mm - 1.8 mm].
  • the grooves 86 are about 0.05 inches apart.
  • the grooves 86 are parallel.
  • a flange 90 held in place by a screw 92, extends over a portion of the surface 88 of the support frame 72. In use, the flange 90 and screw 92 cooperate to secure or secure the wires disposed on the frame 70. hold tight.
  • a first set of wires is placed in the grooves 86 of the frame 72. Once these are placed, the flange 90 is placed over the wires and secured using the screw 92.
  • a wire is placed in the groove 74 which is closest to the edge 80 of the frame 70.
  • the first and second frames 70 and 72 are then brought into a contact position next to each other so that the wires overlap and at a relative angle of are aligned approximately 60 ° to each other.
  • the wires held in frame 72 overlap the wire held in frame 70.
  • the wires are then welded together at the intersections. The welding can be done wire by wire or in groups, as desired.
  • the substructure or substructure is moved so that the wire in the frame 70 now rests in the groove which is further from the edge 80 or the one after that.
  • a new wire is then placed in the groove 74 closest to the edge 80 and the welding process begins again.
  • successive wires held in the first frame 70 are attached to the wires held in the second frame 72.
  • a third set of wires is attached to the substructure of wires, which was produced according to the method described above.
  • a wire is again arranged in the groove 74 which is closest to the edge 80 of the frame 70.
  • the first and second frames 70, 72 are again moved side by side in contact so that all of the wires overlap and are arranged at relative angles of about 60 °.
  • the wires are then welded together again at the intersections.
  • the welding can be done wire by wire or in groups as required.
  • the material 10 of the invention is removed from the frames.
  • the material 10 can then be processed further as desired.
  • the structural material 10, which is produced using the methods according to the invention, can be used in isolation, as shown in FIG. 1.
  • the structural material can also be corrugated or folded as shown in Figure 3, e.g. using a press, press die and die, or by running it through a set of sawtooth rollers to form corrugated webs.
  • the folded or corrugated embodiment of the structural material 10, which is shown in FIG. 3, is preferably produced by sending the pleaded structural material, which is shown in FIG. 1, through a roller press.
  • the roller press has a substantially flat protruding part and a curved recessed part.
  • the curved recessed part tangentially contacts the flat projecting part along a single line, in operation the structural material 10 is bent along the line of contact between the projecting and recessed parts of the press.
  • This structure is preferred because it allows the structural material 10 to contract as it is bent.
  • the structural material made using the method according to the invention can also be used to form a larger, multi-layered structure, as shown in Figures 4 and 5.
  • alternating layers of the flat structural material 10 according to FIG. 1 with the corrugated or folded structural material 10 according to FIG lg are shown in Figures 4 and 5.
  • Figure 3 connected. To form this material, the layers are first stacked on top of one another, as shown in FIG. Next, the loose material 10 is placed in the forging press and welded according to the method described above in connection with the method for forming a single sheet of the structural material 10.
  • a section of a wire was inserted into the grooves, which were cut into the surface of a second holding frame (FIG. 8B).
  • a single wire was placed in the first groove of a first holding frame ( Figure 8 A).
  • the wires arranged in both frames were made of stainless steel, had a diameter of 0.008 inches [0.2 mm] and were obtained from All Stai ⁇ less Co. in Hingham, Massachu ⁇ setts.
  • the ends of the wires placed in the second frame were aligned so that each wire extended approximately 0.01 inches beyond the edge of the frame.
  • the wires arranged in the second frame were then brought into contact with the single wire arranged in the first frame.
  • the wires were oriented so that the wires in the second frame were at a relative angle of 60 ° to the wire in the first frame.
  • an electrode was brought into contact with the wires in the second frame and the single wire in the first frame. More specifically, an electrode was placed at each intersection to exert five (5) pounds of pressure on each wire transition.
  • the electrode was connected to a power source capable of providing a regulated percentage of nominal current ranging from one (1) to ninety (99) percent in 1% increments for a regulated number of sixty (60) Hertz cycles (each cycle being approximately 16.7 ms) ranging from one (1) to seventy (70) cycles in one (1) cycle increments.
  • a current of 55% of the standard nominal current was delivered to the intersection during one (1) cycle. This process was repeated until all intersection points were welded together.
  • the partial assembly of the first and second wires was again placed in the second frame and then a third frame was placed in the first frame. At every intersection an electrode was again placed in contact with the wires so that it applied five (5) pounds of pressure to each wire junction. A current of approximately sixty-five (65) percent of the standard nominal current was delivered to the intersection during one cycle using the power supply described above. This process was repeated until all intersection points were welded together. It can therefore be seen that the invention achieves the objectives described above in an efficient manner, among all the others which are obvious from the description above. In particular, the present invention provides a high strength, low weight structural material and an efficient method for its manufacture.
  • FIG. 13 schematically shows, as an example, a section of a flat sheet material which has been given the structure of a regular triangular lattice by punching out or etching.
  • the removed areas When viewed from above, the removed areas have approximately the shape of equilateral triangles rounded at the corners, so that knot points or knot surfaces are created which are reinforced compared to the filaments forming the knots.
  • Possible crease lines when folding such a grid are indicated by dash-dotted lines
  • the cutouts in the web material can have any shape and arrangement in principle, so that not only can all structures be produced which can also be produced with groups of parallel wires, but also further, more complicated lattice and network structures. Starting from such a flat grid or network, it can in turn be folded and connected to similar or also to other folded or flat gratings and stacked in layers in order to produce the block material therefrom.
  • FIG. 9 shows a section of a flat grid in which three groups of ao
  • Wires 1, 2 and 3 are each aligned parallel to one another, groups 2 and 3 intersecting at an angle of approximately 40 ° and with the third group 1 both enclosing an angle of approximately 70 °.
  • the folding lines preferably run along the first group 1 of wires, the second and third groups 2, 3 of wires then forming a pyramid structure.
  • FIG. 10 shows the effect of the folding process on the structure in the upper and lower levels 4, 4 'of a folded grid.
  • Figure 10 shows a flat grid at the bottom left, which is made up of equilateral triangles.
  • the wires 1, 1 'from one of the groups of parallel wires are selected as fold lines.
  • the folding can be done with the help of rollers, bending devices or presses.
  • a top view of the folded grid is shown schematically at the top left in FIG.
  • the wires 1 define an upper lattice plane 4 and the wires 1 "define a lower lattice plane 4 '.
  • Also shown in FIG. 10 at the top left is the folding angle ⁇ , which is defined as the angle of two intersecting planes, the planes being in one cut the fold lines and run through one of the next adjacent fold lines of the other plane.
  • the folded grid is shown in a top view from above on the right in FIG.
  • four grid points on wires 1, which define the upper plane 4 are highlighted in the flat grid by circling.
  • the same circled grid points can also be seen on the right in the folded grid, their distance in the direction of the fold lines 1 not having changed, but the distance perpendicular to the fold lines 1, 1 '.
  • this horizontal distance in the folded lattice depends only on the folding angle ⁇ .
  • ⁇ In the case of a planar lattice which is made up of equilateral triangles and which has a hexagonal structure, one can achieve with a folding angle ⁇ of approximately 51.3 ° that the horizontal distance of the lattice points designated by a in FIG. the distance between adjacent fold lines of the same plane 4 or 4 'becomes equal to the distance b of the grid points along the fold lines 1, 1'.
  • FIG. 11 Such a case is shown in FIG. 11.
  • the area marked 5 in FIG. 11 is shown again in a perspective illustration in FIG.
  • a total of twelve pyramids can be seen in FIG. 12, the tips of which are connected to one another by the wires 1, while the wires 1 'of the lower level 4' each define parallel side edges of the lower levels of the pyramids.
  • the structure is only rigid in one direction and has a high resistance to bending around an axis that is perpendicular to the fold lines in plane 4 or 4 '.
  • such a grid initially offers little resistance to bending about an axis parallel to the fold lines, since the lower edges of these pyramids running horizontally in FIG. 12 are still missing from the pyramids.
  • one takes an identical folded grid rotates it by 90 ° with respect to that shown in FIGS.
  • the grids must be folded beforehand. If the two grids are exactly aligned with each other, in the case of only two grids, the welding can still be carried out by a forging press which engages the pyramid tips from one side of the grids. In the case of structures consisting of several layers, however, this type of operation is not readily possible. If, however, the grids are manufactured very precisely and lie on top of one another in a suitable manner, the welding can also be carried out by placing large-area electrodes on the two outer sides of the grids, through which a suitable current surge then occurs
  • plates or foils can of course also be welded or glued to the pyramid tips and base points of the folded grids. This applies in particular to the outermost layers of single or multi-layer grids.
  • the structural material according to the invention can then also be used for gas-tight and liquid-tight partition walls or containers.
  • interstices of the grid can be filled in independently of or in addition to the surface covering, e.g. B. with a synthetic resin or other flowable, preferably curable substances.

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Abstract

Es wird ein Strukturmaterial offenbart, welches einen Drahtgitteraufbau bzw. -gestalt hat. Das Strukturmaterial kann hergestellt werden, indem zuerst ein kontinuierlicher Draht auf einem Webstuhlaufbau gewoben wird. Wenn der Draht in ein Array von parallelen Drähten gewickelt ist, so wird er an Ort und Stelle befestigt und in Segmente aufgetrennt. Die Segmente werden dann in einem Rahmen angeordnet. Der Rahmen ordnet die Segmente unter relativen Winkeln an, so dass sie eine Matrix oder ein Netz bzw. Sieb bilden. Bei dem abschliessenden Schritt der Herstellung werden die Drähte zusammengeschweisst, indem beispielsweise eine Schmiedepresse verwendet wird. Alternativ kann das Material auch dadurch herstellt werden, dass zuerst Drahtsegmente in einem Paar von Rahmen gehalten und dann anschliessend zusammengeschweisst werden. Das Strukturmaterial gemäss der Erfindung kann allein oder geschichtet unter Ausbildung eines mehrschichtigen Materials verwendet werden.

Description

Gitterblockmaterial
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung beruht auf einer US-Patentanmeldung der Serien Nr. 08/033,111, eingereicht am 18. März 1993, sowie auf einer hierzu eingereichten Continuation-in-Part- Anmeldung.
Die Erfindung bezieht sich auf Baumaterialien bzw. Strukturbauteile und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Genauer gesagt, bezieht sich die Erfindung auf ein strukturiertes Material bzw. Baumaterial, welches einen mehrdimensionalen Gitteraufbau hat, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Beschreibung des Standes der Technik
Auf dem Gebiet der Materialwissenschaften biidet die Suche nach leichteren und festeren Materialien seit vielen Jahren ein Hauptziel. Derzeit hat sich die Forschung auf diesem Gebiet in erster Linie auf die Verwendung von Metallen, Kunststoffen und Keramik konzentriert. Diese Forschung hat zur Verbesserung vorhandener Technologien geführt. Zusätzlich hat sie neue Materialien und Verfahren hervorgebracht, um die sich ändernden ingenieurtechnischen und wirtschaftlichen Bedürfnisse der modernen Gesellschaft zu erfüllen.
Ein etwas jüngere Aktivität auf dem Gebiet der Materiaiwissenschaften, soweit sie sich auf bessere Eigenschaften im Verhältnis Festigkeit zu Gewicht bezieht, hat sich in erster Linie auf Polymere auf Kohlenwasserstoffbasis und die entsprechenden chemischen Verfahren konzentriert. Auch wenn die aufgrund dieser Forschung entwickelten Materialien und Verfahren unter den gewählten Bedingungen sowohl zwecklich und nützlich bzw. effektiv sind, befassen sie sich doch typischerweise nicht mit dem Problem der Verbesserung von Stukturen höherer Ordnung. Weiterhin bleibt die Wiederholung bzw. Reproduktion der metallischen, mechanischen Eigenschaften unter Verwendung chemischer Formulierungstechniken auf Kohlenstoffbasis Ziel vieler dieser Materialien und Verfahren. Im Ergebnis weisen viele dieser Materialien nur eine nominelle Verbesserung gegenüber den leichter verfügbaren metallischen Baumaterialien bzw. strukturellen Elementen auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hochfestes Baumaterial mit geringem Gewicht bereitzustellen.
Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Baumaterial bzw. Strukturmaterial mit geringem Gewicht bereitzustellen, welches als ein mehrdimensionales Gitter ausgestaltet ist.
Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines hochfesten Aufbaumaterials von geringem Gewicht bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten, geringgewichtigen Baumaterials bereitzustellen, welches ais ein mehrdimensionales Gitter ausgestaltet ist.
Das Baumaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein Drahtgitter. Typischerweise ist das Drahtgitter in Form gleichmäßig gestapelter Pyramiden in einer dreidimensionalen Anordnung ausgestaltet. Jede Pyramide besteht aus acht Drahtsegmenten, die an ihren Schnitt- bzw. Kreuzungspunkteπ miteinander verbunden sind. Die Drahtsegmente sind S
Teil eine durchgehenden Drahtes. Auch wenn die Ausgestaltung des Materials derart ist, daß es für das bloße Auge massiv bzw. fest aussieht, besteht es tatsächlich aus einem dreidimensionalen Netzwerk feiner Drähte. Diese Drähte bestehen typischerweise aus Messing oder rostfreiem Stahl. Vorzugsweise ist das Material aus Strukturteilen zusammengesetzt, die etwa 0,005 Zoll bis 0,1 Zoll [0,1 mm - 2,5 mm] im Durchmesser haben und 0,03 Zoll - 0,09 Zoll lang sind. Das erfindungsgemäße Material ist jedoch nicht auf die vorstehend erwähnten Materialien und Drahtdurchmesser beschränkt. Insbesondere soll der Begriff "Draht" im Sinne der vorliegenden Erfindung sich nicht nur auf Metalldrähte beziehen, sondern alle Arten länglicher Filamente umfassen, unabhängig davon, aus welchem Material sie bestehen, wobei nur der konkrete Aπwendungszweck der Materialauswahl Grenzen setzt. Auch für mechanisch schwächere Materialien als die oben erwähnten metallischen Drähte bringt jedoch die erfindungsgemäße Struktur eine deutliche Verbesserung der mechanischen Festigkeit des Gitterstrukturmaterials im Verhältnis zum Gewicht, wenn das Material mit anderen, bekannten Strukturen, zum Beispiel in Form von homogenem Massivmaterial, verglichen wird. Auch der angegebene, bevorzugte Durchmesserbereich für die Drähte kann ohne weiteres um einen Faktor 10 über- oder unterschritten werden. Gerade mit sehr dünnen Drähten im Bereich von 10 μm bis 250 μm Durchmesser ergeben sich möglicherweise interessante Anwendungsgebiete für die Herstellung extremm stabiler und dennoch leichter und dünnwandiger Bauteile.
Ein aus Stahldraht hergestelltes Material gemäß der vorliegenden Erfindung hat näherungsweise ein Fünftel der Dichte von massivem Stahl, ist aber dennoch von vergleichbarer Festigkeit. Diese Eigenschaften beruhen auf einer Vielzahl von Faktoren. Beispielsweise werden auf das Material wirkende Kräfte in derselben Art und Weise überführt, wie Kräfte bei einem Fachwerk oder Tragwerk mit konventionellen Abmessungen. Darüberhinaus führt die kleine Querschnittsfläche der Drähte zu einem großen OberflächerVolumen Verhältnis. Zusätzlich vermindert die Isolation von Elementen das Fortschreiten von Rissen oder anderen Defekten durch das Material und trägt auch ebenso zu der gleichmäßigen Verteilung bzw. Übertragung von Lasten bei. Schließlich führt das kleine Querschnittsmaß der Drähte, die verwendet werden, um das Material herzustellen, vorzugsweise mit weniger als 0,01 Zoll [0,25 mm] im Durchmesser, zu überlegenen Festigkeits¬ eigenschaften, da die kleine Korngröße der Drähte ein Rißfortschreiten verhindert.
Die Erfindung befaßt sich auch mit Verfahren zur Herstellung derartiger Elemente.
In der allgemeinsten Form läßt sich das Material dadurch charakterisieren, daß es aus einer räumlichen Gitterstruktur aufgebaut ist, wobei es zunächst auf die chemisch-physikalischen Eigenschaften des verwendeten Materials nicht so sehr ankommt Die Erfindung geht von der Überlegung aus, welche Struktur eines Baumaterials ein möglichst günstiges Verhältnis von Steifigkeit bzw. Biegefestigkeit zu dem Gewicht des Strukturmaterials liefert. Die Komponenenten, d.h. die Drähte aus welchen das Strukturmaterial aufgebaut ist, sollten allerdings eine gute Druck- und Zugfestigkeit haben. Dabei müssen die "Drähte" aber nicht notwendigerweise aus einem metallischen Material bestehen, sondern können auch aus einem Kunststoff oder aus Naturfasern bestehen, die entsprechend miteinander verschweißt oder verklebt werden. Zwar wird man mit metallischen Drähten im allgemeinen höhere Festigkeiten erreichen, andererseits kann jedoch bei Verwendung anderer Baustoffe wie Kunststoffe oder Naturfasern unter Umständen ein extrem geringes Gewicht bei immer noch hinreichender Festigkeit erzielt werden, wobei mit metallischen Materialien möglicherweise ein entsprechend geringes Gewicht nicht erreichbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, daß mindestens drei Gruppen von Drähten oder Filamenten (wobei nicht metallische Materialien eingeschlossen sein sollen) in jeder Gruppe parallel angeordnet werden und unter einem Winkel zwischen 10° und 90° relativ zueinander ausgerichtet übereinander gelegt oder miteinander verwoben werden, wobei diese Gruppen von Drähten oder sonstigen Filamenten an ihren Kreuzungspunkten vorzugsweise durch Verschweißen oder Verkleben miteinander verbunden werden. Bei einem auf diese Weise hergestellten, flachen bzw. ebenen Material bilden die αrei Gruppen von parallelen Drähten oder Filamenten eine Struktur aus flächendeckend aneinanderhängenden Dreiecken. Diese können entlang paralleler, in gleichen Abständen verlaufenden Linien gefaltet werden, wobei vorzugsweise die Drähte aus einer der Gruppen paralleler Drähte die Faltlinien definieren. Ohne Beschränkungsabsicht und lediglich zur Vereinfachung der Beschreibung soll im folgenden nur noch von Drähten gesprochen werden, wobei dieser Begriff auch nicht metallische Materialien umfassen soll bzw. sich analog auf nicht-metallische Materialien lesen läßt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das aus den drei Gruppen paralleler Drähte hergestellte Dreiecksgitter abwechselnd entlang benachbarter Drähte aus einer der Gruppen zieharmonikaartig gefaltet. Das so gefaltete Gitter erscheint in einer Seitenansicht zickzaekförmig mit zwei parallelen Ebenen von Faltlinien, die hier zur besseren Unterscheidung als obere und untere Ebene bezeichnet werden sollen.
Je nach Struktur des Dreiecksgitters sind ganz bestimmte Faltwinkel bevorzugt. Der Faltwinkel bezeichnet dabei den Winkel zwischen zwei Ebenen, welche sich in einer der Faltlinien einer Ebene schneiden und durch die beiden hierzu benachbarten Faltlinien der anderen Ebene verlaufen. Besonders bevorzugt ist dabei eine Variante der Erfindung, bei welcher der Faltwinkel so gewählt wird, daß der Abstand benachbarter Faltlinien in der oberen und auch der Abstand benachbarter Faltlinien in der unteren Ebene gerade gleich dem Knotenabstand der Knoten- bzw. Schnittpunkte der Drähte entlang der Faltlinien ist, oder daß zumindest diese Abstände zwischen Falten und Knoten im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen zueinander stehen. Dies ermöglicht es insbesondere, daß zwei derartige gefaltete Gitter um 90° gegeneinander verdreht aufeinandergelegt werden können, wobei alle Knotenpunkte oder jedenfalls eine Vielzahl von Knotenpunkten der unteren Ebene des einen Gitters mit den Knotenpunkten der oberen Ebene des anderen Gitters zur Deckung gebracht werden können, wobei eine Verbindung zwischen diesen benachbarten Gittern auch in diesen Knotenpunkten erfolgen soll. Dies führt zu einer besonders stabilen räumlichen Struktur.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die ebenen Gitter aus gleichseitigen Dreiecken aufgebaut, d.h. die drei Gruppen von Drähten schneiden sich wechselseitig unter Winkeln von 60°, wobei die Anordnung vorzugsweise so erfolgt, daß die dritte Gruppe paralleler Drähte genau entlang der Kreuzungspunkte der anderen beiden Gruppen verläuft, was jedoch ansonsten nicht zwingend der Fall sein muß.
Bei einer solchen Ausführungsform beträgt der bevorzugte Faltwinkel, bei welchem die Abstände benachbarter Faltlinien einer Ebene gleich den Abständen der Knotenpunkte entlang der Faltlinien sind, in etwa 51 ,3°.
Eine andere, hiervon abweichende Ausführungsform, die für bestimmte Anwendungsverhältnisse bevorzugt sein kann, ist aus drei Gruppen von Drähten aufgebaut, welche relativ zueinander so ausgerichtet sind, daß sich nicht gleichseitige, wohl aber gleichschenklige Dreiecke bilden, bei welchen die Schenkel deutlich länger sind als die Grundseite. Dies bedeutet, daß sich zwei Gruppen der Drähte unter einem spitzeren Winkel als 60° miteinander schneiden, während die dritte Gruppe von Drähten mit den beiden ersten einen Winkel von mehr als 60° einschließt und durch die Schnittpunkte der ersten beiden Gruppen verläuft. Dabei bildet die letztgenannte dritte Gruppe von Drähten auch die Faltlinien, wobei durch das Falten ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform eine räumliche Struktur aus Pyramiden entsteht, denen lediglich noch zwei gegenüberliegende Grundseiten fehlen. Bei der letztgenannten Ausführungsform mit dem bevorzugten Faltwinkel sind die entstehenden Pyramiden höher und spitzer und die obere und untere Ebene sind weiter beabstandet als bei der vorher genannten Ausführungsform, die aus gleichseitigen Dreiecken aufgebaut ist. Auch in diesem Fall können zwei senkrecht zueinander verdrehte Gitter aufeinandergelegt und mit ihren Knotenpunkten zur Deckung gebracht und verbunden werden, wenn der oben erwähnte, bevorzugte Faltwinkel eingehalten wird, der von der genauen Form der Dreiecke abhängt, aus welchen das betreffende ebene Gitter aufgebaut ist. Durch die Verbindung zweier solcher, kreuzweise übereinandergelegter Faltgitterstrukturen entstehen auch die gewünschten Pyramiden mit vollständig umlaufenden Gruπdkanten. Unabhängig von den aufeinander zu legenden Faltgittern können jedoch auch ebene Gitter mit den Faltgittern verschweißt werden, wobei diese ebenen Gitter genau die Struktur der Knotenpunkte der oberen oder unteren Ebene der Faltgitter haben sollten. Bei den vorstehend beschriebenen Dreiecksgittern entstehen durch das Falten in der oberen und unteren Ebene jeweils rechteckige Gitterstrukturen und mit dem bevorzugten Faltwinkel die Struktur eines Quadratgitters, insbesondere kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch ein Aufbau aus mehreren Lagen von Faltgittern hergestellt werden, wobei wahlweise auch passende Lagen ebener Gitter, z.B. Rechteckgitter, dazwischen gefügt werden können. Wenn zwischen zwei Faltgitter ein ebenes Gitter gelegt wird, so kann die Verdrehung der Faltgitter um 90° zueinander entfallen und man ist in diesem Fall auch nicht auf die Einhaltung des bevorzugten Faltwinkels angewiesen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine besondere Herstellung der Ausgangselemeπte, nämlich der ebenen Gitter, die dann gegebenenfalls gefaltet und in mehreren Lagen miteinander verbunden werden, um das endgültige Gitterblockmaterial zu bilden.
Zur Vereinfachung der Herstellung ebener Gitter wird gemäß dieser Ausführungsform ein flaches bzw. ebenes Bahnmaterial verwendet, wie z.B. ein Blech, aus welchem durch Stanzen, Ätzen, Bohren oder andere Verfahren ein Teil des Materials entfernt wird, so daß die verbleibenden Teile des Bahnmaterials ein zusammenhängendes Netzwerk bzw. Gitter bilden, wobei man sich die verbliebenen Teile des Bahnmaterials als ein Gitter bildende und einstückig miteinander verbundene "Drähte" im Sinne der vorher beschriebenen Ausführungsformen denken kann.
Gegenüber den vorher beschriebenen Ausführungsformen hat letztere vor allem die folgenden Vorteile:
1. Das entstehende ebene Gitter ist überall gleich dick, d.h. auch an den "Kreuzungspunkten" von "Drähten" ist das Material ebenso dick wie zwischen diesen Kreuzungspunkten oder Knoten.
2. Bei der Herstellung entfällt der Schritt, mehrere Gruppen paralleler Drähte in einander kreuzenden Lagen übereinanderzulegen und an ihren Kreuzungspunkten miteinander zu verbinden. Die Verbindung ist von vornherein durch das zusammenhängende Bahnmaterial gegeben.
3. Die "Drähte" bzw. die einzelnen Stege des Bahnmaterials, die nach dem Ausstanzen oder Herausätzen entsprechender Löcher in dem Bahnmaterial verbleiben, müssen nicht notwendigerweise entlang durchgehender, gerader Linien verlaufen, sondern können bereits in der Bahnebene an den einzelnen Knotenpunkten relativ zueinander abgewinkelt sein. Damit müssen auch die Knotenpunkte nicht notwendigerweise auf drei Gruppen paralleler Linien, wobei die drei Gruppen einander kreuzen, angeordnet sein, sondern es sind auch kompliziertere Strukturen denkbar, bei welchen zwar wiederum die einzelnen Knoten entlang paralleler, gerader Linien angeordnet sind, wobei jedoch möglicherweise mehr als drei Gruppen paralleler Linien notwendig sind, um die Lage aller Knotenpunkte zu beschreiben oder wobei die Abstände der Knotenlinien im Vergleich zu Materialien, die aus drei Gruppen paralleler Drähte hergestellt sind, kleiner oder größer sind. Eine entsprechend kompliziertere Struktur ergibt sich beispielsweise, wenn man sich vorstellt, daß, ausgehend von einem aus gleichseitigen Dreiecken bestehenden Drahtgitter, zwei der einander kreuzenden Gruppen von Drähten nicht exakt gerade, sondern entlang von leichten Zickzacklinien verlaufen, mit Abwinkelungen jeweils an den Knotenpunkten und wobei benachbarte Drähte derselben Gruppe jeweils in genau entgegengesetzter Richtung abgewinkelt werden, so daß zu einem gegebenen Draht einer Gruppe nur noch jeder zweite Draht parallel entlang derselben Zickzacklinie verläuft. Das daraus entstehende Dreiecksgitter ist dann nicht mehr aus gleichseitigen Dreiecken, sondern aus schiefwinkeligen Dreiecken aufgebaut, deren Eckpunkte jedoch auf einer größeren Skala immer noch die Symmetrie eines Gitters aus gleichseitigen Dreiecken haben können.
4. Die "Drähte" bzw. Filamente, aus denen ein aus Bahnmaterial hergestelltes Gitter aufgebaut ist, müssen nicht notwendigerweise über ihre gesamte Länge einen konstanten Querschnitt haben, sondern können beispielsweise an den Knotenpunkten breiter und damit verstärkt sein.
Darüberhinaus gibt es eine Vielzahl weiterer Ausgestaltungsmöglichkeiten in der Struktur ebener Gitter- bzw. Netzwerke, die aber gleichwohl nach Möglichkeit so ausgestaltet sein sollten, daß sie parallele Knotenlinien aufweisen, entlang welcher das Bahnmaterial gefaltet werden kann, so daß nach dem Falten diese Knotenlinien zwei parallele Ebenen definieren und so daß in diesen Ebenen die Verbindung mit anderen Gittern erfolgen kann, welche in der Verbindungsebene eine 6 kompatible Knotenstruktur aufweisen. Als "kompatibel" wird dabei eine Gitterstruktur angesehen, die entweder die gleiche Symmetrie und den gleichen Abstand zwischen den Knotenpunkten hat, so daß die Knotenpunkte benachbarter Gitterebenender beiden zu verbindenden Gitter miteinander zur Deckung gebracht werden könne, oder die zumindest eine solche Symmetrie und einen solchen Knotenabstand hat, daß sich ein erheblicher Teil der Knoten der benachbarten Gitter, also beispielsweise mindestens 10%, zur Deckung bringen und so miteinander verbinden lassen. Dies gilt selbstverständlich in analoger Weise auch dann, wenn nicht die Knoten benachbarter Gitter miteinander verbunden werden, sondern jeweils ein Knoten des einen Gitters mit einem Verbindungssteg zwischen zwei benachbarten Knoten des anderen Gitters verbunden wird. Auch dabei müssen bestimmte Symmetrie- und Abstandsbedingungen erfüllt sein, damit die Verbindungspunkte möglichst gleichmäßig über die Verbindungsebene verteilt sind, so daß die auf das Material beim späteren Gebrauch wirkenden Kräfte gleichmäßig verteilt und abgeleitet werden.
Im folgenden werden noch zwei Verfahrensweisen zur Herstellung von aus gleichseitigen Dreiecken aufgebauten ebenen Gittern und entsprechenden Faltgittern beschrieben.
Gemäß einer ersten Verfahrensweise beinhaltet das Verfahren gemäß der Erfindung das Bereitstellen einer Ausrüstung, die in der Lage ist, eine Reihe von Gleitblöcken und einen Webrahmen aufzunehmen, in welchem die Gleitblöcke angeordnet werden können. Als nächstes werden feine Drähte an dem Webrahmen befestigt und dann gewoben. Im Anschluß an das Weben werden die Drähte zusammengeschweißt. Die daraus hervorgehenden Bahnen bzw. das Bahnmaterial kann dann in der gewünschten Weise verwendet oder soweit wie nötig geformt werden, um ein gewelltes Material zu erzeugen. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung kann das Material gemäß der Erfindung in länglichen Abschnitten und Verwendung passender Halterungs- und Schweißaufbauten hergestellt werden. Diese länglichen Abschnitte können dann gewellt oder nach Wunsch geformt werden. Die einzelnen Schritte dieser Verfahren gemäß der Erfindung werden im einzelnen weiter unten diskutiert werden.
Es wird jetzt auf ein erstes Verfahren gemäß der Erfindung Bezug genommen, wobei in einem ersten Schritt ein Rahmen bzw. Spannrahmen und verschiedene Gleitblöcke montiert werden. Diese Vorrichtungen dienen dazu, die Drähte unter Spannung und vor dem Schweißen in der passenden Anordnung zu halten. Der Spannrahmen ist ein im wesentlichen flacher Ring, der drei Sätze von gegenüberliegenden Bahnen mit T-förmigen Schlitzen hat, die in Intervallen von 120° angeordnet sind. Die Gleitblockaufbauten, die so bemessen und geformt sind, daß sie in die Bahnen bzw. Schienen des Spannrahmens passen, haben Reihen von parallelen Nuten, um die Drähte einzufangen und sie exakt an Ort und Stelle zu halten. Im nächsten Schritt wird der Webrahmen, der aus drei genuteten Ständern auf einer sich drehenden, dreieckigen Plattform besteht, vorbereitet. Genauer gesagt, wird der Webrahmen derart vorbereitet, daß er drei Pfosten bzw. Ständer einschließt, die Positionierflächen haben, auf welchen die Gleitblockaufbauten verriegelt werden, bevor der Draht von der Spule abgezogen wird. Während der Spulrahmen bzw. Webrahmen und damit auch die Ständer sich drehen, läuft der Draht nach unten durch die Nuten der Gleitblöcke weiter, so daß nach einer Umdrehung der Draht in die nächst tiefe Nut einläuft.
Sobald der Draht auf dem Web- bzw. Spulrahmen angeordnet ist, wird der Draht neben den Gleitblöcken abgetrennt. Als nächstes werden die Gleitblöcke auf dem zuvor vorbereiteten Rahmen montiert, so daß sie ein Drahtnetz oder eine Matrix bilden. Die Knotenpunkte der Drahtmatrix, d.h. die Punkte, an welchen die Drähte einander überlappen bzw. aufeinanderliegen, werden dann unter Verwendung einer Schmiedepresse miteinander verbunden. Die Schmiede¬ presse führt gleichmäßig Hitze und Druck auf alle Verbindungen gleichzeitig zu, um an jedem Knotenpunkt ein Verschweißen zu erreichen. Sobald alle Knotenpunkte miteinander verbunden sind, kann das Material von den Gleitblöcken und dem Spannrahmen abgenommen werden. Das so unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung hergestellte flache Material kann isoliert als Baumaterial verwendet werden. Als Alternative kann das entstehende Material unter Verwendung einer Presse, eines Preßstößels und einer Matrize gebogen bzw. geknickt werden, oder durch Hindurchtreten durch einen Satz von Sägezahnwalzen, um gewellte bzw. zieharmonikartig gefaltete Bahnen zu bilden. Diese letztere Material kann abwechselnd mit flachen Bahnen des Materials gestapelt und mit diesen verbunden werden, um ein dickeres dreidimensionales Material zu bilden.
Zu Beginn eines alternativen Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein Satz von Drähten auf einem zweiten Halterahmen positioniert. Als nächstes wird ein Draht auf einem ersten Halterahmen angeordnet. Die ersten und zweiten Halterahmen werden dann einander gegenüberliegend derart bewegt, daß die Drähte des zweiten Halterahmens unter einem relativen Winkel von etwa 60° zu dem Draht auf dem ersten Rahmen angeordnet sind. An den Schnitt¬ punkten werden die Drähte des zweiten Rahmens mit dem Draht auf dem ersten Rahmen verschweißt. Das Schweißen kann Draht für Draht vorgenommen werden oder in Gruppen, je- nachdem wie es gewünscht ist. Wenn das Schweißen vollendet ist, werden die Drähte in dem zweiten Rahmen vorgezogen, so daß der Draht in dem ersten Rahmen in eine benachbarte Nut bewegt werden kann. Dann wird ein zweiter Draht in dem ersten Rahmen angeordnet und der Λ0
Schweißvorgang wird wiederholt. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis ein Unteraufbau mit gewünschten Maßen aus zwei Sätzen von verschweißten Drähten hergestellt ist.
In der nächsten Phase dieses Verfahrens der Erfindung wird ein dritter Satz von Drähten an den vorstehend diskutierten Unteraufbau aus zwei Drähten geschweißt. Wiederum wird ein Draht in dem ersten Halterahmen angeordnet. Die ersten und zweiten Halterahmen werden dann in eine Position einander gegenüberliegend bewegt, so daß alle Drähte unter relativen Winkeln von etwa 60° ausgerichtet sind. Das heißt so, daß eine Reihe aus gleichseitigen Dreiecken gebildet wird. An den Schnittpunkten werden die Drähte wiederum miteinander verschweißt. Wie oben erwähnt, kann das Verschweißen Draht für Draht vorgenommen werden oder in Gruppen, ganz wie es gewünscht ist. Wenn das Schweißen der Drähte vollendet ist, wird das fertiggestellte Material von den Halterahmen gelöst.
Das unter Anwendung des alternativen Verfahrens der Erfindung hergestellte Material kann auch isoliert für sich als strukturelles Material bzw. Bau- und Konstruktionsmaterial verwendet werden. Wahlweise kann das so hergestellte Material auch unter Verwendung einer Presse, eines Pressenstempeis und einer Matrize oder durch Hindurchschicken durch einen Satz von Sägezahnwalzen gebogen bzw. geknickt werden, so daß gewellte bzw. gezahnte oder gezackte Bahnen gebildet werden. Dieses letztere Material kann abwechselnd mit flachen Bahnen des Materials gestapelt und mit diesem verbunden werden, um ein dickeres dreidimensionales Material zu bilden.
Bei einer anderen Verfahrensweise zur Herstellung des Gittermaterials, die nicht auf einen 60°- Winkel zwischen den Gruppen von Drähten beschränkt ist, wird eine Reihe paralleler Drähte gespannt, welche durch eine Schweißvorrichtung parallel in ihrer Längsrichtung vorbewegt werden können. Die entsprechende Vorrichtung enthält außerdem Führungs- und/oder Spannvor¬ richtungen, um die erste Gruppe von Drähten parallel zu halten und enthält weitere Führungs- und Spannvorrichtungen für eine zweite Gruppe von parallelen Drähten, die sich unter einem Winkel zu der erstgenannten Gruppe von Drähten erstrecken, wobei dieser Winkel zwischen 10°uπd 90° liegen kann. Schließlich weist die entsprechende Vorrichtung auch eine dritte Gruppe von Führungselementen oder Spannvorrichtungen auf, mit deren Hilfe eine dritte Gruppe paralleler Drähte so ausgerichtet wird, daß sie sich zu den beiden erstgenannten Gruppen unter einem Winkel zwischen 10°u nd 90° erstreckt, vorzugsweise unter demselben Winkel zu der ersten Gruppe, den auch die zweite Gruppe mit der ersten Gruppe einschließt. Dabei sind die Führuπgs- und Spannvorrichtungen so angeordnet, daß die drei Gruppen von Drähten jeweils gemeinsame Schnitt- bzw. Überlagerungspunkte aufweisen. Ein Verschweißen kann nacheinander, d.h. ΛΛ zunächst zwischen Drähten der ersten und zweiten Gruppe und anschließend zwischen Drähten der dritten und zweiten Gruppe erfolgen, es kann jedoch auch gleichzeitig an allen drei Gruppen bzw. einzelnen Drähten hiervor vorgenommen werden. Anschließend werden die Drähte aus entsprechenden Führungen herausgehoben und um eine Strecke weiterbewegt, die dem Arbeitsbereich der Schweißvorrichtung entspricht.
Dabei können die Gruppen von Drähten einfach schichtweise übereinander angeordnet werden, bei Bedarf können sie jedoch auch miteinander verwoben werden, was allerdings den Herstellungsvorgang komplizierter macht.
Auf der Basis der erfindungsgemäßen Prinzipien können jedoch nicht nur ebene Strukturmateria¬ lien, sondern auch räumlich gekrümmte Gegenstände, wie z. B. Rohre oder dergleichen hergestellt werden. Hierzu kann z. B. eines der oben beschriebenen Faltgitter hergestellt und anschließend zu einem Rohr bzw. Rohrabschnitt gebogen werden. In diesem Fall erfolgt jedoch das Verbinden mit einem weiteren Faltgitter oder auch mit einem oder zwei ebenen Gittern auf der Innen- und/oder Außenseite des zu einem Rohr gebogenen Faltgitters erst nach dem Biegen. Insbesondere ist in diesem Fall darauf zu achten, daß wegen Krümmung der Abstand der Knotenpunkte auf der Innenseite des gebogenen Faltgitters ein anderer ist als auf der Außenseite. Zweckmäßigerweise werden deshalb ebene Gitter und Faltgitter mit unterschiedlichen Rastermaßen erzeugt, die für einen gegebenen Rohrdurchmesser gerade mit den Knotenpunkten eines gebogenen Faltgitters zur Deckung gebracht werden können. Bevorzugt ist deshalb das Herstellen bestimmter, fester Rohrdurchmeser, für die entsprechend große Anzahlen passender Faltgitter und ebener Gitter hergestellt werden können.
Andere allgemeine und spezielle Ziele der Erfindung sind teilweise offensichtlich und werden teilweise im folgenden deutlich werden.
Die Erfindung weist dementsprechend ein Verfahren und eine Voσichtung auf, die Schritte, Konstruktionsmerkmale, Kombinationen von Elementen und Anordnungen von Teilen aufweisen, die dafür ausgelegt sind, derartige Schritte zu bewirken, wie es beispielhaft in der folgenden detaillierten Offenbarung beschrieben wird, wobei der Schutzumfang der Erfindung durch die Patentansprüche angegeben wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Für ein vollständigeres Verständnis der Natur und der Aufgaben der Erfindung wird auf die 42 folgende genaue Beschreibung und auf die zugehörigen Zeichnungen Bezug genommen, von denen: Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Konstruktionsmaterials der
Erfindung ist, Figur 2 eine vergrößerte Draufsicht von oben auf einen Ausschnitt des Konstruktions- bzw.
Strukturmaterials nach Figur 1 ist, Figur 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Strukturmateriais der Erfindung ist, welche einen gewellten bzw. geriffelten Querschnittsaufbau hat, Figur 4 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform des
Strukturmaterials der Erfindung ist, welche abwechselnde Schichten der in den
Figuren 1 - 3 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung hat, Figur 5 eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des Strukturmaterials der in Figur
4 dargestellten Erfindung in zusammenmontiertβm Zustand ist, Figur 6 eine perspektivische Ansicht des Rahmens bzw. Spannrahmens ist, der für die
Herstellung des Strukturmaterials der Erfindung verwendet wird, indem ein erstes
Verfahren der Erfindung verwendet wird, wobei die Gleitblöcke und Drahtfilamente in einer Position zum Schmieden sind, Figur 7 eine perspektivische Ansicht des Webstuhls bzw. Spulrahmens ist, der für die
Herstellung des Strukturmaterials der Erfindung verwendet wird, indem ein erstes
Verfahren gemäß der Erfindung angewendet wird, wobei der Draht auf einen
Abschnitt der Gleitblöcke gewoben wird, Figuren 8 A und 8 B
Draufsichten von oben auf erste und zweite Halterahmen sind, die verwendet werden, um das Strukturmaterial der Erfindung herzustellen, indem das alternative
Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird. Figur 9 ein ebenes Gitter, welches aus gleichschenkeligeπ Dreiecken mit kleinem spitzen
Winkel zusammengesetzt ist. Figur 10 schematisch die mit einem Faltvorgang verbundene Strukturänderung. Figur 11 eine Draufsicht auf ein gefaltetes Gitter mit bevorzugtem Faltwinkel, so daß die
Knotenpunkte einer Ebene ein Quadratgitter bilden, Figur 12 einen Ausschnitt aus Figur 11 in perspektivischer Darstellung, und Figur 13 ein aus einem Bahnmaterial hergestelltes Gitter.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformeπ
Es wird jetzt zunächst auf die Figuren 1 - 8 Bezug genommen, in welchen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile beziehen, und in welchen ein Strukturmaterial 10 veranschaulicht ist, welches die vorliegende Erfindung verwirklicht. Das Strukturmaterial 10 wird aus einem Gitter bzw. Netz aus feinen Drahtsegmenten 12 hergestellt, die an ihren Knotenpunkten 14 miteinander verbunden sind. Die feinen Drahtsegmente 12 sind Abschnitte eines kontinuierlichen Drahtes 16.
Wie in den Figuren 1 - 5 dargestellt wird, ist das Strukturmaterial 10 gekennzeichnet durch ein Gitter aus feinen Drahtsegmenten 12. Wie in den Figuren 1 - 3 dargestellt wird, kann das Strukturmaterial 10 eben oder gewellt bzw. im Querschnitt gezackt sein, in Abhängigkeit von der vorgesehenen technischen Anwendung. In größeren, komplexeren Ausführungsformen der Erfindung, wie sie in den Figuren 4 und 5 dargestellt sind, hat das Strukturmaterial 10 einen mehrschichtigen Aufbau, der aus gleichförmig gestapelten Pyramiden 18 in einer dreidimensiona¬ len Anordnung besteht. Jede Pyramide 18 besteht aus acht Drahtabschnitteπ 12, die an ihren Knotenpunkten 14 miteinander verbunden sind. In all diesen Ausführungsformen bestehen die Drahtsegmeπte 12 typischerweise aus Messing, rostfreiem Stahl oder aus EDM-Draht Vorzugsweise haben die feinen Drähte 12 einen Durchmesser zwischen 0,005 Zoll und 0.01 Zoll [0,125 - 0,254 mm]. Weiterhin sind die Drahtabschnitte 12 typischerweise zwischen 0,02 Zoll und 0,1 Zoll [0,5 - 2,5 mm] lang. Ein derzeit bevorzugtes Drahtmaterial hat einen Durchmesser von 0,08 Zoll [etwa 0,2 mm] und ist aus rostfreiem Stahl hergestellt.
Die Erfindung zieht auch alternative Methoden für die Herstellung des Strukturmaterials 10 in Betracht. Ein erstes Verfahren verwendet Rahmen- bzw. Spannrahmenaufbauten 22 und Webrahmenaufbauten 26, die weiter unten im Detail beschrieben werden. Ein alternatives Verfahren verwendet Halterahmen 70 und 72, die die in den Figuren 8 A und 8 B dargestellt sind, um das Material gemäß der Erfindung herzustellen.
Zu Beginn eines ersten Verfahrens zur Herstellung des Materials der Erfindung ist ein Rahmen 22 vorgesehen, der dafür ausgelegt ist, eine Reihe von Gleitbiöcken 24 aufzunehmen. Zusätzlich wird ein Webrahmen 26, in welchem die Gleiblöcke 24 während des anfänglichen Webens angeordnet werden können, vorbereitet. Im nächsten Schritt des Verfahrens der Erfindung wird ein kontinuierlicher Draht 16 für das Weben montiert. Der Draht 16 wird dann in den Webrahmen 26 hineingezogen und je nach Erfordernis verwoben. Im Anschluß an das Weben wird der Draht bzw. werden die Drähte 16 in dem Rahmen 22 positioniert und an den Knotenpunkten bzw. Schnittpunkten 14 der Drahtsegmente 12 miteinander verbunden, typischerweise verschweißt. Die sich daraus ergebenden Bahnen oder Bögen können dann nach Wunsch verwendet oder nach Erfordernis geformt werden, um ein mehrschichtiges Material herzustellen. Die einzelnen Schritte des Vorgehens gemäß der Erfindung werden weiter unten noch im einzelnen diskutiert. Beim ersten Schritt des Verfahrens nach der Erfindung werden der Rahmen 22 und die Gleitblöcke 24 montiert. Wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt, dienen diese Vorrichtungen dazu, die Drähte bzw. Drahtfilamente 16 vor dem Schweißen unter Spannung und in der richtigen Orientierung zu halten. Im großen und ganzen ist der Rahmen 22 ein flacher Ring 28, der drei Sätze gegenüberliegender Schienen oder Führungen 30 hat, die T-förmige Schlitze 35 haben. Die Schienen 30 sind unter Winkelabständen bzw. Intervallen von 120° angeordnet. Dieser Winkel ist deshalb so ausgewählt, daß dann, wenn die drei Sätze von Gleitblöckeπ 24, welche Drähte bzw. Drahtfilamente 16 haben, die sich von diesen erstrecken, in dem Rahmen 22 angeordnet sind, die einander überschneidenden Drahtsegmente 12 eine Vielzahl von gleichseitigen Dreiecken bilden.
Die Gleitblöcke 24 haben jeweils einen ersten Abschnitt 32 mit einer Oberfläche 33, die eine Reihe von parallelen Nuten 34 hat, um die Drähte 16 aufzunehmen und sie präzise an ihrem Platz zu halten. Eine zweite Fläche 37, die auf der sichtbaren Seite jedes der Gleitbiöcke 24 angeordnet ist, ist so ausgestaltet, daß sie auf den Ständern 38 des Webrahmens 26 montierbar ist, der im folgenden genauer beschrieben wird. Jeder Gleitblock 24 weist auch einen zweiten Abschnitt 36 auf, der so ausgestaltet ist, daß er auf den ersten Abschnitt 32 paßt. Der zweite Abschnitt 36 ist so bemessen und geformt, daß er in die Drähte eingreift, wenn das unten beschriebene Weben vollendet wird. Die ersten und zweiten Abschnitte 32 und 36 können beispielsweise unter Verwendung von Maschinenschrauben, Bolzen und anderen Befestigungsmitteln verbunden werden, mit denen die Fachleute vertraut sind.
Als nächstes wird der Webrahmen 26, der in Figur 7 dargestellt ist und der aus drei Ständern 38 auf einer sich drehenden, dreieckigen Plattform 40 besteht, vorbereitet bzw. hergestellt. Jeder Pfosten 38 hat eine Positionierfläche 42, auf welcher die ersten Abschnitte 32 der Gleitblöcke 24 befestigt werden, bevor der Draht 16 in den Webrahmen 26 eingezogen wird. Die Positionier¬ flächen 42 auf den Ständern 38 sind so ausgestaltet, daß sie die Gleitblöcke 24 sichern, wobei ihre mit Nuten versehenen Oberflächen 33 nach außen gewendet sind. Im Betrieb wird jede der zweiten Flächen 37 der ersten Abschnitte 32 auf den Gleitblöcken 24 in Kontakt mit einer Oberfläche eines der Ständer 38 angeordnet, um den Webrahmen 26 für das Weben vor¬ zubereiten. Die Gleitbiöcke 24 können an den Ständern 38 z.B. unter Verwendung von Maschinenschrauben, Bolzen oder anderen Befestigungsmitteln befestigt werden, die den Fachleuten vertraut sind.
Im nächsten Schritt des Verfahrens der Erfindung wird der Webrahmen 26 und damit auch die Ständer 38 gedreht, um so den Draht 16 über die Nuten 34 der Gleitblöcke 24 zu ziehen. 45
Insbesondere wird der Rahmen 26 so gedreht, daß nach einer Umdrehung der Draht 16 in die nächst tiefere Nut 34 jedes Gleitblockes 24 einläuft. Dieser Vorgang wird forgesetzt, bis alle Nuten 34 der Gleitblöcke 24 einen Abschnitt des Drahtes 16 enthalten. Während des Webens wird das Drahtfilament 16 vorzugsweise unter eine Zugspannung zwischen etwa 0,05 und 0,2 Unzen [1 ,4 - 6 g] gehalten. Wenn man dieses Verfahren durchführt, so wird zwischen allen Ständern 38 ein paralleles Feld des Drahtes bzw. der Drähte 16 gebildet. Wenn der Draht auf dem Webrahmen 26 bzw. dem Spulrahmen in der parallelen Anordnung angeordnet ist, so wird der zweite Abschnitt 36 jedes der Gleitblöcke 24 über jedem der ersten Abschnitte 32 angeordnet. Der Draht 16 wird dann für die weitere Behandlung in seiner Position fixiert. Im Anschluß daran wird der Draht 16 durchtrennt. Genauer gesagt, wird der Draht 16 entlang der Ständer 38 aufgetrennt, indem z.B. ein Schweißbrenner verwendet wrid. Dieser Vorgang erzeugt drei unabhängige Abschnitte 46 mit einem Gleitblock 24 an jedem Ende eines Drahtabschnittes 48. Die Gleitblöcke 24 werden dann von den Positionierflächen 42 gelöst und zu dem Rahmen 22 transportiert.
Im nächsten Schritt des Verfahrens nach der Erfindung werden die Gleitblöcke 24 und die Drahtabschnitte 48 auf dem Rahmen 22 montiert und die Drahtabschnitte 48 werden unter Verwendung einer Schmiedepresse miteinander verbunden. Insbesondere werden die Gleitblöcke 24 in den T-Schlitzen 35 der Schienen 30 positioniert. Gleichartige T-Schlitze 35, Gleitblöcke 24 und Drahtabschπitte 48 werden auf dem Rahmen 22 unter relativen Winkeln von 120° montiert. Ein Anordnung auf diese Art und Weise erzeugt ein trigonales Gitter aus Drahtsegmenten 12, welche die Gestalt einer Vielzahl von gleichseitigen Dreiecken 50 haben. Jedes Dreieck 50 hat mit seinen benachbarten Dreiecken 50 drei Knotenpunkte 14 gemeinsam. Wenn alle Drahtseg¬ mente 12 richtig bzw. ordnungsgemäß orientiert sind, wird eine Schmiedepresse, die den Fachleuten auf diesem Gebiet vertraut ist, verwendet, um Wärme und Druck auf alle Knotenpunk¬ te 14 gleichzeitig auszuüben. Vorzugsweise liefert die Presse einen Druck von etwa 50 Pfund pro Quadratzoll und eine Temperatur von 1250° Fahrenheit Das Verschweißen der Drahtsegmente 12 erfolgt vorzugsweise unter Vakuum. Sobald alle Knotenpunkte 14 miteinander verbunden sind, kann das daraus hervorgegangene Strukturmaterial 10 aus dem Rahmen 22 und eventuell den Seitenblöcken 24 entfernt werden.
Die Figuren 8 A und 8 B zeigen Halterahmen 70 und 72, die für ein alternatives Verfahren der Erfindung verwendet werden können, um das Material der Erfindung herzustellen. Gemäß Figur 8 A hat der Halterahmen 70 eine in etwa rechtwinklige Gestalt. Eine Reihe von Nuten 74 sind in die Oberfläche 76 des Rahmens 70 eingeschnitten. Für die Fachleute ist klar, daß das Maß der Nuten 74 durch das Maß des für den Aufbau des Materials und des Gitters gemäß der Erfindung verwendeten Drahtes bestimmt wird. Die Nuten 74 sind gleichmäßig auf der Oberfläche 76 Λ6 voneinander beabstandet. Im allgemeinen wird der Treπnabstand zwischen den Nuten 74 bestimmt durch die gewünschten Eigenschaften des hergestellten Materials und Gitters. Typischerweise sind die Nuten 74 zwischen etwa 0,03 Zoll und 0,07 Zoll voneinander getrennt [0,75 mm - 1 ,8 mm]. Vorzugsweise sind die Nuten 74 um etwa 0,05 Zoll voneinander getrennt [etwa 1 ,27 mm]. Die Nuten 74 verlaufen parallel. Ein Schlitz 78 ist in eine Kante 80 des Rahmens 70 eingeschnitten, um Zugang für eine Schweißelektrode (nicht dargestellt) zu gewähren.
Gemäß Figur 8 hat der Halterahmen 72 eine polygonale Gestalt mit zumindest zwei Seiten 82 und 84, welche unter einem Winkel relativ zueinander angeordnet sind. Der Winkel zwischen den Seiten 82 und 84 des Halterahmens 72 wird derart ausgewählt daß die Drähte, wenn sie auf dem Rahmen 72 angeordnet sind, unter etwa 60° relativ zu einem auf dem Halterahmen 70 angeordneten Draht ausgerichtet sind. Der Rahmen 72 hat ebenfalls eine Reihe von Nuten 86, die in eine seiner Oberflächen 88 eingeschnitten sind. Auch hier erkennen die Fachleute wiederum, daß das Maß der Nuten 86 durch das Maß des für den Aufbau des Materials und Gitters gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Drahtes bestimmt wird. Die Nuten 86 sind auf der Oberfläche 88 gleichmäßig voneinander beabstandet. Der Abstand zwischen den Nuten 86 wird bestimmt durch die gewünschten Eigenschaften des hergestellten Materials und Gitters. Typischerweise sind die Nuten um etwa 0,03 Zoll bis etwa 0,07 Zoll [etwa 0,75 mm - 1 ,8 mm]voneinander entfernt. Vorzugsweise sind die Nuten 86 um etwa 0,05 Zoll [etwa 1 ,27 mm] voneinander entfernt. Die Nuten 86 sind parallel. Ein Flansch 90, der von einer Schraube 92 in seiner Position gehalten wird, erstreckt sich über einen Teil der Oberfläche 88 des Halterahmens 72. Im Gebrauch wirken Flansch 90 und Schraube 92 so zusammen, daß sie die auf dem Rahmen 70 angeordneten Drähte sichern bzw. festhalten.
Zu Beginn eines alternativen Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein erster Satz von Drähten in den Nuten 86 des Rahmens 72 angeordnet Sobald diese angeordnet sind, wird der Flansch 90 über den Drähten angeordnet und unter Verwendung der Schraube 92 befestigt. Als nächstes wird ein Draht in der Nut 74 angeordnet, die der Kante 80 des Rahmens 70 am nächsten liegt Die ersten und zweiten Rahmen 70 und 72 werden dann in eine Berührungsposition nebenein¬ ander gebracht, so daß die Drähte überlappen und unter einem relativen Winkel von etwa 60° zueinander ausgerichtet sind. Vorzugsweise überlappen die Drähte, die in dem Rahmen 72 gehalten werden, den Draht, der in dem Rahmen 70 gehalten wird. An den Schnittpunkten werden dann die Drähte zusammengeschweißt. Das Verschweißen kann Draht für Draht oder in Gruppen vorgenommen werden, je nachdem wie es gewünscht ist.
Wenn das Verschweißen der Drähte, die in den Rahmen 70 und 72 gehalten werden, vollendet ist, wird der Teil- bzw. Unteraufbau bewegt, so daß der Draht in dem Rahmen 70 nunmehr in der von der Kante 80 aus weiteren bzw. übernächsten Nut ruht. Dann wird ein neuer Draht in der Nut 74 angeordnet, die der Kante 80 am nächsten liegt und der Schweißvorgang beginnt erneut. Auf diese Weise werden aufeinanderfolgende Drähte, die in dem ersten Rahmen 70 gehalten werden, an den in dem zweiten Rahmen 72 gehaltenen Drähten angebracht. In der nächsten Phase des Verfahrens gemäß der Erfindung wird ein dritter Satz von Drähten an dem Unteraufbau von Drähten angebracht, der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Um diesen Zusammenbauvorgang durchzuführen, wird wieder ein Draht in der Nut 74 angeordnet, die der Kante 80 des Rahmens 70 am nächsten liegt. Die ersten und zweiten Rahmen 70, 72 werden wieder in Berührung nebeneinanderliegend bewegt, so daß alle Drähte einander überlappen und unter relativen Winkeln von etwa 60° angeordnet sind. An den Schnittpunkten werden die Drähte dann wieder zusammengeschweißt. Das Verschweißen kann nach Bedarf Draht für Draht oder in Gruppen vorgenommen werden.
Wenn das Schweißen der Drähte beendet ist, wird das Material 10 der Erfindung von den Rahmen entfernt. Das Material 10 kann dann nach Wunsch weiter verarbeitet werden.
Das Strukturmaterial 10, welches unter Verwendung der Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wird, kann isoliert verwendet werden, so wie es in Figur 1 dargestellt ist. Wahlweise kann das Strukturmaterial auch gewellt oder gefaltet werden, wie es in Figur 3 dargestellt ist, z.B. unter Verwendung einer Presse, eines Pressenstempels und einer Matrize, oder indem man es durch einen Satz von Sägezahnwalzen laufen läßt, um gewellte bzw. mit Falten versehene Bahnen zu bilden. Vorzugsweise wird die gefaltete bzw. gewellte Ausführungsform des Strukturmaterials 10, welche in Figur 3 dargestellt ist, dadurch hergestellt daß das flehe Strukturmaterial, welches in Figur 1 dargestellt ist, durch eine Walzenpresse geschickt wird. Die Walzenpresse hat ein im wesentlichen flaches vorstehendes Teil und ein gekrümmtes zurückspringendes Teil. Das gekrümmte, zurückspringende Teil berührt das flache vorspringende Teil tangential entlang einer einzigen Linie, im Betrieb wird das Strukturmaterial 10 entlang der Berührungslinie zwischen dem vorspringenden und dem rückspringenden Teil der Presse gebogen. Dieser Aufbau ist bevorzugt, da er es ermöglicht, daß sich das Strukturmaterial 10 zusammenzieht, während es gebogen bzw. geknickt wird.
Das unter Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung hergestellte Strukturmaterial kann auch verwendet werden, um einen größeren, vielschichtigen Aufbau zu bilden, wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform werden abwechselnde Schichten des flachen Strukturmaterials 10 gemäß Figur 1 mit dem gewellten bzw. gefalteten Strukturmaterial 10 gemäß l g
Figur 3 verbunden. Um dieses Material zu bilden, werden die Schichten zuerst aufeinander gestapelt, wie in Figur 4 dargestellt. Als nächstes wird das lose Material 10 in der Schmiedepresse angeordnet und gemäß dem Verfahren verschweißt, welches oben in Verbindung mit dem Verfahren zum Ausbilden eines einzelnen Bogens des Strukturmaterials 10 beschreiben wurde.
Das Folgende ist ein veranschaulichendes, nicht beschränkendes Beispiel des Vorganges zum Herstellen eines Materials nach der Erfindung.
Beipiel 1.
Zu Beginn des Herstellungsvorganges wurde ein Abschnitt eines Drahtes jeweils in die Nuten eingefügt, welche in die Oberfläche eines zweiten Halterahmens (Figur 8 B) eingeschnitten waren. Ein einzelner Draht wurde in der ersten Nut eines ersten Halterahmens (Figur 8 A) angeordnet. Die in beiden Rahmen angeordneten Drähte waren aus rostfreiem Stahl hergestellt, hatten einen Durchmesser von 0,008 Zoll [0,2 mm] und waren von All Staiπless Co. in Hingham, Massachu¬ setts beschafft worden. Als nächstes wurden unter Verwendung einer geraden Kante die Enden der in dem zweiten Rahmen angeordneten Drähte derart ausgerichtet, daß sich jeder Draht um näherungsweise 0,01 Zoll über die Kante des Rahmens hinaus erstreckte. Die in dem zweiten Rahmen angeordneten Drähte wurden dann mit dem in dem ersten Rahmen angeordneten einzelnen Draht in Kontakt gebracht. Insbesondere waren die Drähte so orientiert, daß die Drähte in dem zweiten Rahmen unter einem relativen Winkel von 60° zu dem Draht in dem ersten Rahmen verliefen.
Beim nächsten Schritt des Vorganges wurde eine Elektrode mit den Drähten in dem zweiten Rahmen und dem einzelnen Draht in dem ersten Rahmen in Kontakt gebracht. Genauer gesagt wurde an jedem Schnittpunkt eine Elektrode derart angeordnet, daß sie einen Druck von fünf (5) Pfund auf jeden Drahtübergang ausübte. Die Elektrode wurde mit einer Stromquelle verbunden, die in der Lage war, einen geregelten Prozentsatz eines Nenπstromes im Bereich von einem (1) bis neunzig (99) Prozent in 1%-Stufen bereitzustellen, und zwar für eine geregelte Anzahl von sechzig (60) Hertz-Zyklen (wobei jeder Zyklus näherungsweise 16,7 ms betrug), im Bereich von einem (1) bis siebzig (70) Zyklen in Stufen von einem (1) Zyklus. Unter Verwendung der Stromversorgung wurde ein Strom von 55% des Standardnennstromes während eines (1) Zyklus auf den Schnittpunkt abgegeben. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis alle Schnittpunkte miteinander verschweißt waren. In der abschließenden Phase des Zusammenbauvorganges wurde der Teilaufbau der ersten und zweiten Drähte erneut in dem zweiten Rahmen angeordnet und dann wurde ein dritter Rahmen in dem ersten Rahmen angeordnet. An jedem Schnittpunkt wurde wiederum eine Elektrode in Kontakt mit den Drähten angeordnet, so daß sie einen Druck von fünf (5) Pfund auf jeden Drahtübergang auübte. Ein Strom von etwa fünfundsechzig (65) Prozent des Standardnennstromes wurde während eines Zyklus unter Verwendung der oben beschriebenen Stromversorgung auf den Schnittpunkt abgegeben. Dieser Vorgang wurde wiederholt, bis alle Schnittpunkte miteinander verschweißt waren. Man erkennt daher, daß die Erfindung in effizienter Weise die vorstehend beschriebenen Ziele erreicht, unter all den übrigen, die aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich sind. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung ein hochfestes Strukturmaterial von geringem Gewicht sowie ein effizientes Verfahren zu seiner Herstellung bereit.
Es versteht sich, daß an dem obigen Aufbau und in den vorstehenden Betriebs- oder Herstellungabläufen Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist beabsichtigt daß alles, was in der obigen Beschreibung enthalten oder in den zugehörigen Zeichnungen dargestellt ist, nur beispielhaft und nicht in einem beschränkenden Sinne verstanden wird.
Es versteht sich auch, daß die folgenden Ansprüche alle der hier beschriebenen Erfindung innewohnen und spezielle Merkmale abdecken soll und ebenso auch alle Feststellungen des Rahmens oder Schutzumfanges der Erfindung, die aufgrund der Ausdrucksweise dazwischenlie¬ gen könnten.
Figur 13 zeigt schematisch als Beispiel einen Ausschnitt aus einem ebenen Bahnmaterial, weiches durch Herausstanzen oder Ätzen die Struktur eines regelmäßigen Dreiecksgitters erhalten hat. Die entfernten Bereiche haben in der Draufsicht näherungsweise die Form von an den Ecken abgerundeten gleichseitigen Dreiecken, so daß Knotenpunkte bzw. Knotenflächen entstehen, die gegenüber den die Knoten bildenden Filamenten verstärkt sind. Mögliche Knicklinien beim Falten eines solchen Gitters sind durch strichpunktierte Linien angedeutet
Es versteht sich, daß die Aussparungen in dem Bahnmaterial eine im Prinzip beliebige Form und Anordnung haben können, so daß nicht nur alle Strukturen herstellbar sind, die man auch mit Gruppen paralleler Drähte erzeugen kann, sondern darüberhinaus auch weitere, kompliziertere Gitter- und Netzstrukturen. Ausgehend von einem solchen ebenen Gitter- oder Netzwerk, kann dieses wiederum gefaltet und mit gleichartigen oder auch mit anderen gefalteten oder ebenen Gittern verbunden und schichtweise gestapelt werden, um daraus das Blockmaterial herzustellen.
In Figur 9 ist ein Ausschnitt aus einem ebenen Gitter dargestellt in welchem drei Gruppen von ao
Drähten 1 , 2 und 3 jeweils untereinander parallel ausgerichtet sind, wobei die Gruppen 2 und 3 sich unter einem Winkel von etwa 40° schneiden und mit der dritten Gruppe 1 beide jeweils einen Winkel von etwa 70° einschließen.
Wenn aus dieser Gruppe ein Faltgitter hergestellt wird, verlaufen die Faltiinien vorzugsweise entlang der ersten Gruppe 1 von Drähten, wobei dann die zweiten und dritten Gruppen 2, 3 von Drähten eine Pyramidenstruktur bilden.
ln Figur 10 ist die Wirkung des Faltvorganges auf die Struktur in den oberen und unteren Ebenen 4, 4' eines gefalteten Gitters dargestellt.
Zunächst zeigt Figur 10 unten links ein ebenes Gitter, welches aus gleichseitigen Dreiecken aufgebaut ist.
Die Drähte 1 , 1 ' aus einer der Gruppen von parallelen Drähten werden als Faltlinien ausgewählt. Das Falten kann mit Hilfe von Walzen, Biegevorrichtungen oder Pressen vorgenommen werden. Oben links in Figur 10 ist eine Seitenansicht des gefalteten Gitters schematisch wiedergegeben. Die Drähte 1 definieren eine obere Gitterebene 4 und die Drähte 1 " definieren eine untere Gitterebene 4'. Eingezeichnet ist in Figur 10 oben links auch noch der Faltwinkel α, der definiert ist als der Winkel zweier sich schneidender Ebenen, wobei die Ebenen sich in einer der Faltiinien schneiden und durch je eine der nächst benachbarten Faltlinien der anderen Ebene hindurchver¬ laufen.
Rechts in Figur 10 ist das gefaltete Gitter in einer Draufsicht von oben dargestellt. Für einen besseren Vergleich mit dem ebenen Gitter sind vier Gitterpunkte auf Drähten 1 , welche die obere Ebene 4 definieren, in dem ebenen Gitter durch Einkreisungen hervorgehoben. Dieselben eingekreisten Gitterpunkte erkennt man auch rechts im gefalteten Gitter, wobei sich ihr Abstand in Richtung der Faltlinien 1 nicht verändert hat, wohl aber der Abstand senkrecht zu den Faltlinien 1 , 1 '. Konkret hängt dieser horizontale Abstand im gefalteten Gitter nur vom Faltwinkel α ab. Bei einem ebenen Gitter, welches aus gleichseitigen Dreiecken aufgebaut ist und welches eine hexagonale Struktur hat, kann man mit einem Faltwinkel α von etwa 51 ,3° erreichen, daß der in Figur 10 mit a bezeichnete horizontale Abstand der Gitterpunkte, d.h. der Abstand benachbarter Faltlinien derselben Ebene 4 bzw.4', gleich dem Abstand b der Gitterpunkte entlang der Faltlinien 1 , 1 ' wird. Ein solcher Fall ist in Figur 11 dargestellt.
In Figur 11 erkennt man, daß nach dem Falten um den bevorzugten Winkel die Knotenpunkte der IA oberen Gitterebene ein Quadratgitter bilden und daß auch die an einigen Punkten durch Kreise gekennzeichneten Knotenpunkte der unteren Gitterebene ein identisches Quadratgitter bilden. Zur besseren Verdeutlichung der räumlichen Struktur sind die Faltlinien der unteren Gitterebene nur gestrichelt eingezeichnet und die Faltlinien der oberen Gitterebene, ebenso wie die Seitenkanten der sich bildenden Pyramiden, sind mit durchgezogenen Linien gezeichnet.
Der in Figur 11 mit 5 eingezeichnete Bereich ist in Figur 12 nochmals in perspektivischer Darstellung wiedergegeben. Man erkennt in Figur 12 insgesamt zwölf Pyramiden, deren Spitzen durch die Drähte 1 miteinander verbunden sind, während die Drähte 1' der unteren Ebene 4' jeweils parallele Seitenkanten der unteren Ebenen der Pyramiden definieren. In dieser Form ist die Struktur nur in einer Richtung biegsteif und hat einen hohen Widerstand gegen ein Venbiegen um eine Achse, die in der Ebene 4 oder 4' senkrecht zu den Faltlinien verläuft. Gegenüber einem Verbiegen um eine Achse parallel zu den Faltlinien, setzt ein solches Gitter zunächst jedoch noch wenig Widerstand entgegen, da an den Pyramiden noch die in Figur 12 horizontal verlaufenden unteren Kanten dieser Pyramiden fehlen. Nimmt man jedoch ein identisches gefaltetes Gitter, verdreht es gegenüer dem in Figur 11 und 12 dargestellten um 90° und setzt es anschließend auf das erste Gitter auf, so verlaufen dessen Faltlinien genau senkrecht zu den Faltiinien 1 , 1 ' des dargestellten Gitters und die beiden Gitter können relativ zueinander so angeordnet werden, daß die Knotenpunkte, welche die Spitzen bzw. unteren Ecken der Pyramiden bilden, genau aufeinander fallen. Werden die Gitter in dieser Form zusammengeschweiß, so werden die Spitzen oder Fußpunkte der Pyramiden auch in horizontaler Richtung miteinander verbunden und bilden dann eine sehr verwindungssteife Struktur. Dabei können mehrere derartige Lagen abwechselnd um 90° gegeneinander versetzt aufeinander geschweißt werden. An der jeweils untersten Lage kann entweder ein einfaches ebenes Quadratgitter mit demselben Rastermaß wie es die Pyramidenfußpunkte haben, aufgeschweißt werden, oder es kann auch nur eine einfache Gruppe von parallel gespannten Drähten, welche senkrecht zu den Faltlinien 1 * verlaufen und denselben Abstand voneinander haben wie die Faltlinien 1 ' (und damit auch wie die unteren Eckpunkte der Pyramiden) an die untere Ebene 4' in den Knotenpunkten angeschweißt werden.
Dasselbe geschieht selbstverständlich auch mit den Pyramidenspitzen der obersten Lage eines solchen Blockgitters, welches aus mehreren Lagen zusammengesetzt wird, wobei die bereits in einer Richtung über die Drähte 1 miteinander verbundenen Spitzen der Pyramiden auch noch horizontal durch ein Quadratgitter oder eine entsprechende Gruppe paralleler Drähte miteinander verbunden werden. Im übrigen ist darauf hinzuweisen, daß die unteren Eckpunkte jeder der Pyramiden gleichzeitig auch Spitzen auf dem Kopf stehender Pyramiden bilden, wie man anhand der Figur 12 auch leicht nachvollziehen kann. Das Verbinden der Pyramidenspitzen ist 11 dementsprechend ein zu dem Verbinden der unteren Eckpunkte der Pyramiden völlig äquivalenter
Vorgang.
Wenn mehrere Schichten derartiger gefalteter Gitter miteinander verbunden werden, kommt es selbstverständlich auf eine exakte Ausrichtung aller Gitterpunkte an, so daß die Knotenpunkte in den aneinanderliegenden Ebenen 4, 4' benachbarter Faltgitter exakt aneinander liegen. Entsprechend genau muß vorher das Falten der Gitter erfolgen. Wenn die beiden Gitter exakt miteinander ausgerichtet sind, kann im Falle von nur zwei Gittern das Verschweißen noch durch eine Schmiedepresse erfolgen, die jeweils von einer Seite der Gitter her in die Pyramidenspitzen eingreift. Bei Aufbauten aus mehreren Schichten ist jedoch eine solche Arbeitsweise nicht ohne weiteres möglich. Wenn aber die Gitter sehr exakt gefertigt sind und passend genau aufein¬ anderliegen, kann das Verschweißen auch dadurch erfolgen, daß großflächige Elektroden auf die beiden Außenseiten der Gitter aufgelegt werden, durch die dann ein passender Stromstoß
hindurchgeschickt wird, so daß die beiden Gitter an ihren Übergangsstellen, die einen größeren elektrischen Widerstand definieren als das übrige Material, miteinander verschweißt werden.
Selbstverständlich sind auch maschinelle Verbindungstechnikeπ, wie es zum Beipsiel von der Kontaktierung von Halbleiterchips, z.B. mit Golddrähten, bekannt sind, verwendet werden.
Statt eines oder mehrerer ebener Gitter oder zusätzlich zu diesen können auf die Pyramiden¬ spitzen und -Fußpuπkte der gefalteten Gitter selbstverständlich auch Platten oder Folien aufgeschweißt oder geklebt werden. Dies gilt insbesondere für die äußersten Schichten ein- oder mehrlagiger Gitter. Das erfindungsgemäße Strukturmaterial kann dann auch für gas- und flüssigkeitsdichte Trennwände oder Behälter verwendet werden.
Ebenso können auch die Zwischenräume des Gitters unabhängig von oder zusätzlich zu der Flächenabdeckung ausgefüllt werden, z. B. mit einem Kunstharz oder anderen fließfähigen, vorzugsweise aushärtbaren Stoffen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Gitteraufbau aus Drähten, insbesondere aus dünnen Drähten, welcher eine erste, eine zweite und eine dritte Gruppe von kontinuierlichen Drahtabschnitten aufweist, wobei die Draht- abschπitte an ihren Schnittpunkten miteinander verschweißt sind, zumindest zwei der ersten, zweiten oder dritten Gruppe von Drahtsegmenten unter einem Winkel von näherungsweise 60° relativ zu der anderen Serie angeordnet sind, wobei die ersten, zweiten und dritten Gruppen von Drahtsegmenten miteinander befestigt bzw. fixiert sind, so daß sie ein durchgehendes Feld aus trigoπalen Strukturen bilden, wobei die trigonalen Strukturen in Form einer Serie von gleichseitigen Dreiecken vorliegen.
2. Drahtgitter nach Anspruch 1 , wobei die ersten, zweiten und dritten Serien von Drahtsegmen¬ ten aus einem Material gebildet sind, welches aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Messing, rostfreiem Stahl und EDM-Draht bestehen.
3. Drahtgitter nach Anspruch 2, wobei das Material, welches die ersten, zweiten und dritten Serien von Drahtsegmenten bildet, einen Durchmesser zwischen etwa 0,005 Zoll und etwa 0.01 Zoll [0,125mm - 2,5 mm] hat.
4. Drahtgitter nach Anspruch 3, wobei das Material, welches die erste, zweite und dritte Serie von Drahtsegmenten bildet, einen Durchmesser von ungefähr 0,008 " [0,2 mm] hat.
5. Drahtgitter nach Anspruch 1 , wobei der Abstand zwischen den Schnittpunkten der ersten, zweiten oder dritten Serie von Drahtsegmenten zwischen etwa 0,01 Zoll und 0,1 Zoll liegt [zwischen 0,25 mm und 2,5 mm].
6. Verfahren zum Hersteilen eines Gitters aus Drähten, insbesondere aus dünnen Drähten, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Rahmens, wobei der Rahmen eine ringförmige Gestalt und zumindest drei Sätze von gegenüberliegenden Schienen hat, wobei jede dieser Schienen so bemessen und geformt ist, daß sie einen Gleitblock aufnehmen kann, wobei die Sätze und die gegenüberliegenden Schienen unter relativen Winkeln zueinander von 120° angeordnet sind, b) Bereitstellen der Gleitblöcke, wobei die Gleitblöcke einen ersten Abschnitt haben, welcher eine Reihe von parallelen Nuten auf einer ersten Fläche aufweisen, sowie einen zweiten Abschnitt, der so ausgestaltet ist, daß er in Eingriff mit der ersten Fläche des ersten Abschnittes treten kann, c) Bereitstellen eines Webrahmens, wobei der Webrahmen zumindest drei mit Nuten versehene Ständer auf einer sich drehenden, trigonalen Plattform aufweist, wobei die Ständer Positionierflächen aufweisen, die so ausgelegt sind, daß sie einen der jeweiligen ersten Abschnitte der Seitenblöcke fest gesichert aufnehmen, d) Ziehen eines feinen Drahtfilamentes in den Webrahmen und in die Nuten in der ersten Fläche des ersten Abschnittes der Gleitblöcke, e) Befestigen des Drahtes in den Gleitblöcken durch Anordnen des zweiten Abschnittes der Gleitblöcke in Eingriff mit den ersten Flächen der ersten Abschnitte der Gleitblöcke und Abtrennen der Drähte neben den Gleitblöcken, f) Befestigen der Gleitblöcke an den gegenüberliegenden Sätzen von Schienen an dem Rahmen, um so eine Drahtmatrix aus den Drahtfilamenten zu bilden, wobei die Gleitbiöcke an dem Rahmen derart montiert werden, daß die Drähte, die an dem Rahmen befestigt sind, sich unter Winkeln von näherungsweise 120° schneiden, wobei die Drähte ein Feld von gleichseitigen, trigonalen Aufbauten bilden, und g) Zusammenschweißen der Drähte, um so das Drahtgitter zu bilden, welches eine flache Gestalt hat.
7. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter den Schritt aufweist, daß das Drahtgitter gebogen wird, um ein Drahtgitter zu bilden, welches eine gewellte- bzw. in Falten gelegte Gestalt hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß ein erster Abschnitt eines Drahtgitters, welches die flache Gestalt hat auf eine Seite eines Drahtgitters aufgeschweißt wird, welche die gewellte - bzw. gefaltete Gestalt hat.
9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß ein zweiter Abschnitt des Drahtgitters, welches den flachen Aufbau hat, auf eine zweite Seite des Drahtgitters aufgeschweißt wird, welches die gewellte - bzw. gefaltetete Gestalt hat, wobei die zweite Seite des Drahtgitters, welche die gewellte Gestalt hat, gegenüber der ersten Seite des Drahtgitters liegt, welches die gewellte Gestalt hat.
10. Verfahren zum Herstellen eines Drahtgitters, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines ersten Rahmens, wobei der erste Rahmen eine Reihe von Nuten für die Aufnahme einer ersten Gruppe von feinen Drähten hat, b) Bereitstellen eines zweiten Rahmens, wobei der zweite Rahmen eine Reihe von Nuten 16 für die Aufnahme einer zweiten Gruppe von feinen Drähten hat, c) Anordnen einer Gruppe von Drähten in den Nuten des zweiten Rahmens und befestigen dieser Gruppe von Drähten in ihrer Position, d) Anordnen eines Drahtsegmentes in einer Nut des ersten Rahmens, e) Bewegen der ersten und zweiten Rahmen in Anlage miteinander, so daß die Gruppen von Drähten in dem zweiten Rahmen unter einem relativen Winkel von 60° zu dem Drahtsegment in dem ersten Rahmen ausgerichtet sind, f) Verschweißen der Gruppe von Drähten in dem zweiten Rahmen mit dem Drahtsegment in dem ersten Rahmen, g) kontinuierliches Einlegen von Drahtsegmenten in den ersten Rahmen und Anschweißen des Drahtsegmeπtes an die Gruppe von Drähten in dem zweiten Rahmen, um so einen Unteraufbau aus verschweißten Drähten zu bilden, h) Anordnen des Unteraufbaus aus verschweißten Drähten in dem zweiten Rahmen, wobei der Unteraufbau eine Gruppe von Drähten aufweist, die in dem zweiten Rahmen gehalten werden und die Drahtsegmente, die in dem ersten Rahmen gehalten wurden, i) Anordnen eines Drahtsegmentes in dem ersten Rahmen, j) Verschweißen des Teilaufbaus von Drähten mit dem in dem ersten Rahmen angeord¬ neten Drahtsegment, k) kontinuierliches Einsetzen von Drahtsegmenten in dem ersten Rahmen und Ver¬ schweißen dieses Drahtsegmentes mit dem Teilaufbau aus verschweißten Drähten, um so das Drahtgitter zu bilden, weiches eine flache Gestalt hat,
I) Abnehmen des Drahtgitters von dem ersten und zweiten Rahmen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß das Drahtgitter gebogen wird, um dadurch ein Drahtgitter zu bilden, welches eine gewellte bzw. gefaltete Gestalt hat.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , welches weiterhin den Schritt aufweist, daß ein erster Abschnitt eines Drahtgitters, welches die flache Gestalt hat, auf einer Seite des Drahtgitters angeschweißt wird, welches die gewellte bzw. gefaltete Gestalt hat.
13. Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin den Schritt aufweist, daß ein zweiter Abschnitt des Drahtgitters, welches die flache Gestalt hat, auf einer zweiten Seite des Drahtgitters angeschweißt wird, welches die gewellte Gestalt hat wobei die zweite Seite des Drahtgitters, welches die gewellte Gestalt hat, gegenüber von der ersten Seite des Drahtgitters mit der gewellten Gestalt angeordnet ist.
14. Drahtgitter mit mehreren Gruppen paralleler Drähte, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter mindestens drei Gruppen jeweils untereinander paralleler Drähte aufweist, daß die Drähte verschiedener Gruppen einen Winkel von mindestens 10° und höchstens 90° miteinander einschließen, und daß die Drähte an ihren Überkreuzungspunkten miteinander verschweißt sind.
15. Gitter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen den Drähten innerhalb jeder Gruppe und die relativen Winkel zwischen Drähten verschiedener Gruppen so gewählt werden, daß durch jeden Kreuzungspunkt je ein Draht aus jeder der drei Gruppen verläuft.
16. Drahtgitter nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter zieharmonikaartig gefaltet ist.
17. Drahtgitter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltlinien entlang paralleler Reihen von Kreuzungspunkten verlaufen.
18. Drahtgitter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltwinkel und die Länge der umgefalteten Abschnitte, gemessen senkrecht zu den Faltlinien, so gewählt werden, daß das Rastermaß von in einer Ebene des gefalteten Gitters liegenden Kreuzungspunkten mit dem Rastermaß der Kreuzungspunkte eines ebenen, ungefalteten Gitters übereinstimmt.
19. Gitter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Rastermaß der Kreuzungs¬ punkte in einer Ebene eines gefalteten Gitters zu dem Rastermaß der Kreuzungspunkte eines ebenen, ungefalteten Gitters im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen steht.
20. Drahtgitter nach Anspruch 16 oder einem der auf Anspruch 16 rückbezogenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem ebenen, noch ungefalteten Gitter der Winkel zwischen je zwei Drähten aus verschiedenen Gruppen 60° beträgt, daß die Faltiinien entlang der Drähte aus einer Gruppe von parallelen Drähten verlaufen und daß der Faltwinkel in etwa 51 ,3° beträgt, so daß der Abstand von Kreuzungspunkten auf einer Faltlinie gleich dem Abstand benachbarter Faltenberge bzw. -täler untereinander ist
21. Gitteraufbau aus Filamenten, wobei die Filamente gruppenweise parallel angeordnet sind und wobei die Filamente verschiedener Gruppen einen Winkel von mindestens 10° und höchstens 90° miteinander einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Filamente aus einem ebenen Bahnmaterial durch Entfernen regelmäßig angeordneter Flächeπbereiche des Bahnmaterials hergestellt sind.
22. Gittermaterial nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet daß die entfernten Flächenbe¬ reiche näherungsweise die Form von Dreiecken, vorzugsweise mit abgerundeten Eckberei¬ chen, haben.
23. Gitteraufbau nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet daß die Dreiecke in mindestens zwei Gruppen angeordnet sind, wobei die Orientierung der Dreiecke innerhalb einer Gruppe jeweils gleich und zwischen den beiden Gruppen verschieden, insbesondere um 180° zu den Dreiecken der anderen Gruppe verdreht ist.
24. Gitteraufbau nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens ein Ausgangsgitter aus einem Blechmaterial hergestellt ist.
25. Verfahren zur Herstellung eines Drahtgitters, dadurch gekennezichnet, daß drei Gruppen paralleler Drähte übereinandergelegt oder miteinander verwoben werden, wobei die Drähte einer Gruppe mit den Drähten einer anderen Gruppe einen Winkel von mindestens 10°und höchstens 90° einschließen und wobei die Drähte der verschiedenen Gruppen an ihren Kreuzungspunkten miteinander verschweißt werden.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Drähte so erfolgt, daß jeder Kreuzungspunkt drei Drähte, und zwar jeweils einen aus jeder der verschiedenen Gruppen aufweist.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgitter zieharmonikaartig gefaltet wird.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gitter, die entweder eben oder gefaltet sind, in mehreren Lagen übereinander gelegt und an mindestens einem Teil ihrer Berührungspunkte miteinander verschweißt werden.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gefaltete Gitter mit einer um 90° gegeneinander verdrehten Faltenausrichtung miteinander verbunden werden, vorzugsweise durch Verschweißen.
30. Verfahren zur Herstellung des Gittermaterials nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß regelmäßig angeordnete Flächenbereiche aus einem Bahnmaterial entfernt werden.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenbereiche aus dem Material herausgestanzt werden.
32. Verfahren nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet daß die Flächenbereiche aus dem Material durch Ätzmittel entfernt werden.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der herauszu¬ ätzenden Bereiche durch photolitographische Techniken hergestellt wird.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß als Bahnmaterial ein Blechmaterial verwendet wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial nach dem Entfernen der vorgesehenen Bereiche, die eine regelmäßige Gitter- bzw. Netzwerkstruktur hinterlassen, das entstandene Gitter- bzw. Netzwerk entlang paralleler Knotenlinien gefaltet wird, die entlang der Verbindungslinien benachbarter Knotenpunkte verlaufen.
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