WO2008046392A1 - Lastaufnehmende raumgitterstruktur, leichtbauelement und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Lastaufnehmende raumgitterstruktur, leichtbauelement und verfahren zu dessen herstellung Download PDF

Info

Publication number
WO2008046392A1
WO2008046392A1 PCT/DE2007/001822 DE2007001822W WO2008046392A1 WO 2008046392 A1 WO2008046392 A1 WO 2008046392A1 DE 2007001822 W DE2007001822 W DE 2007001822W WO 2008046392 A1 WO2008046392 A1 WO 2008046392A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layers
lightweight construction
construction element
element according
space
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/001822
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Amir Tahric
Original Assignee
Octamold Technologies Ag
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 Octamold Technologies Ag filed Critical Octamold Technologies Ag
Priority to EP07817657A priority Critical patent/EP2082102A1/de
Priority to US12/311,938 priority patent/US20100115883A1/en
Publication of WO2008046392A1 publication Critical patent/WO2008046392A1/de

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/32—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material
    • E04C2/326—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material with corrugations, incisions or reliefs in more than one direction of the element
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
    • E04C2/3405—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by profiled spacer sheets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
    • E04C2/3405—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by profiled spacer sheets
    • E04C2002/3411—Dimpled spacer sheets
    • E04C2002/3433—Dimpled spacer sheets with dimples extending from both sides of the spacer sheet
    • E04C2002/3438—Dimpled spacer sheets with dimples extending from both sides of the spacer sheet with saddle-shaped dimples, e.g. eggcrate type spacer sheets
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/34—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts
    • E04C2/3405—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by profiled spacer sheets
    • E04C2002/3472—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure composed of two or more spaced sheet-like parts spaced apart by profiled spacer sheets with multiple layers of profiled spacer sheets

Definitions

  • the invention relates to a load-bearing space lattice structure, lightweight construction elements, which comprise this structure, and to methods for producing such lightweight construction elements.
  • Sandwich lightweight components comprising a core layer with a honeycomb structure are known. Such elements are characterized by good compressive strength and shear strength in the longitudinal direction. Their resistance to impact load and torsion is low, however, because the honeycomb structure is bonded (eg glued) only at its edges to the cover layers and this connection is easily released.
  • EP-527109-A1 proposes to improve this state by connecting the honeycomb edges to the cover layers via adhesive beads.
  • DE-10252207-B discloses a molded part as a core of a sandwich with formed perpendicular to the center plane of the core humps whose side surfaces are level and connectable to cover plates. This improves the bonding of the core to the cover layers.
  • US 5,615,528 describes a load-bearing structure made of a continuous material which is in the form of four-sided dulled rhombic dodecahedra present. These polyhedra can not be space-filling arranged and the remaining gaps are to distribute the stresses occurring under load so that tensile stresses are minimal.
  • the invention has as its object to provide a load-bearing space lattice structure and a lightweight construction element, the tensile, compressive, bending, shear and torsional forces can withstand equally and thereby require the least possible material cost.
  • Another object of the invention is directed to a method for producing such a lightweight component.
  • octahedron stump is understood to mean a body that can be thought of as having originated by cutting off all six corners of a regular octahedron. The separation of the corners is done in such a way that with each corner one third of the edges opening in the corner is removed. The result is a so-called Archimedean polyhedron bounded by six squares and eight equilateral hexagons. The 36 edges are all the same length (one third of the edge length of the output octahedron). The 24 corners are also the same in that they each lie on a square and two hexagons.
  • a special feature is that a plurality of identical Oktaederstümpfe can be arranged so that thereby an area of the space is filled completely. If, for example, identical octahedral stumps are laid out as a layer on a flat surface so that each of them bears against the substrate with a square and congruently touches the squares then lying on the sides, then a quadratic lattice with depressions in the middle of the square is created Cells that have exactly one more similar layer, but by half a cell diagonally displaced and raised half the height of the body (measured across opposite squares), can absorb. By adding more layers in the same way, the space can be filled completely.
  • touching octahedral frustum surfaces and edges coincide in a geometric sense and are only two- or one-dimensional.
  • the terms "surfaces” and “edges” are understood to mean plate-like or rod-shaped structures that may belong to several touching octahedral stumps of the space lattice structure, but also to the combination of surfaces and edges of touching octahedra - can emerge.
  • space lattice structure is not flat, but curved or bent or adapted to an irregularly shaped surface of another component, then it is within the scope of the invention to shorten or extend individual edges suitable, without these disappear completely. While in general the octahedral stumps of the structure are equally large and congruent, in this special case they deviate from the congruence.
  • the invention also includes embodiments in which the surface elements are thinner in the middle region, that is to say remote from the edges, than in the edge region, and embodiments in which only rod-shaped edge elements are present.
  • the octahedron stump among the regular polyhedra also has a surface to volume ratio that closely approximates the optimal sphere ratio. This is contrary to the requirement for minimal material expenditure with optimal space filling.
  • the space grid structure according to the invention enables a largely isotropic distribution of the forces acting on it without concentration of the mechanical stresses on certain potential break points. Therefore, it is equally pressure-resistant, rigid, shock-resistant, resistant to impact and contact loads and shear-resistant both in the longitudinal and in the transverse direction.
  • the octahedron stumps can be arranged in a layer, wherein - as described above - the square side surfaces of adjacent bodies coincide in each case.
  • a layer has on the top and bottom recesses, each corresponding to a half octahedral stump.
  • Already such a layer can be connected via the upwardly and downwardly directed square side surfaces with other components.
  • the space lattice structure comprises two or more layers of octahedral stumps which are arranged one above the other in a space-filling manner.
  • Such a structure may, for example, keep other components at a distance.
  • edges of the octahedral stumps are the same length, a layer thus produced is flat.
  • it is also possible to produce curved or curved layers if the lengths of individual edges of the octahedron stumps are slightly adjusted without the space filling being interrupted. is lifted.
  • the structure can also be adapted to uneven surfaces of other components by appropriate enlargement or reduction of individual edges.
  • a preferred embodiment of the invention relates to a sandwich-type lightweight construction element comprising two outer cover layers and a core layer.
  • the core layer comprises a space lattice structure according to the invention.
  • the core layer is formed by a layer of octahedron stumps each bonded to one of the cover layers with opposite square surfaces.
  • the individual bodies are arranged so that each octahedron stump with each of the four square surfaces not bound to the cover layers contacts and is connected to a square surface of an adjacent body.
  • a further preferred embodiment relates to a lightweight sandwich-type element, the core of which is formed from two layers of octahedron stumps which lie one above the other in a space-filling manner.
  • the bodies of the second layer are then in the recesses of the first layer, so that the whole core is higher by half than one consisting of a single layer.
  • the connection to the cover layers takes place in turn via the top and bottom exposed square surfaces of Oktaederstümpfe.
  • the space lattice structure of the core is reduced to a space-filling arrangement of half Oktaederstümpfen.
  • the division is understood to mean a plane parallel to and equidistant from opposite square surfaces, whereby four of the square surfaces are divided diagonally.
  • the resulting halves are the same and can be brought to cover by turning by 180 °.
  • Such an arrangement is possible if the adjacent Oktaederstumpfhalften are respectively oriented opposite, ie, when the lower and upper halves alternate. Also in this case the connection to the cover layers takes place over the undivided square surfaces.
  • the sandwich core is composed of at least three octahedron stump layers, of which at least one of the middle layers has a height of the octahedral stumps deviating from the outermost layers.
  • Particularly preferred are space lattice structures which have twice as high a octahedral stump in the central region as the marginal layers. In doing so, every fourth square of the boundary layer would hit a large square of the middle layer when joining the surfaces. Very thin liners can improve the disk effect between the outer and middle layers.
  • the surface elements of the structure are thinned out in their middle region.
  • the stability of the structure is not significantly affected because the space grid structure causes a force absorption and distribution in the room.
  • the space grid structure of the sandwich core is realized by a framework.
  • the bars lie on the edges of the octahedron stumps and are connected at the corners.
  • a framework results from a structure with surface elements, if one continues the above-mentioned thinning out of the center regions until openings are formed in the surface elements.
  • the connection to the cover layers then takes place via the rods, which delimit the corresponding connecting square. It is also possible to carry out in the framework structure these connecting squares as surface elements.
  • materials for the cover and intermediate layers of the lightweight element according to the invention are preferably metal, plastic or fiber materials such as cardboard in question.
  • the plastic may be a thermoset or thermoplastic and fiber reinforced. In order to achieve the most isotropic mechanical properties possible, reinforcing by fabric or nonwovens is also possible.
  • Suitable materials for the surface elements of the Jardingitter- structure are metals such as aluminum, plastics such as thermosetting plastics and thermoplastics, paper or cardboard, possibly impregnated with strength enhancers.
  • metals such as aluminum
  • plastics such as thermosetting plastics and thermoplastics
  • paper or cardboard possibly impregnated with strength enhancers.
  • strength enhancers preference is given to using metals or plastics reinforced by fibers (eg glass fibers). Thermoplastics are preferred.
  • connection of the surface elements in the space grid structure with one another preferably results from the fact that for the production of larger plate-shaped semi-finished products are transformed and thus the cohesion of the surface elements is maintained.
  • individual surface elements can also be connected to one another by welding, soldering or gluing, for example.
  • the rod elements of the framework structure can be connected to the corners of the Oktaederstümpfe for example by welding, soldering or gluing or by sleeve members.
  • connection of the space grid structure with the cover or intermediate layers over the connecting squares is carried out according to the materials used.
  • bonding, riveting, soldering or welding are suitable methods.
  • a material connection via the plastic or the impregnating agent is also possible, which is cured after assembly by cooling, drying or chemical reaction.
  • the lightweight construction elements according to the invention are distinguished by outstanding strength properties, in particular compressive strength, flexural rigidity, resistance to impact and contact loads, shear strength in the longitudinal and transverse directions). They have low basis weights.
  • the space lattice structures between the cover layers also have a vibration-damping effect, even with resonance of the cover layers. Therefore, they counteract the transmission of vibrations from one cover layer to the other, so that the lightweight construction elements according to the invention are outstandingly suitable as noise protection elements despite their low basis weight. '
  • space lattice structures and lightweight elements according to the invention are applicable in many fields of technology, including in the automotive industry, for. As for bonnets, bootlid, hat racks, boot bottoms and side panels, especially for doors, in aircraft technology, z. B. for a tubular outer modalwand or for airfoils and construction, z. B. for soundproof walls
  • the invention also includes a method for producing the lightweight components.
  • a simpler method results from the property of the octahedral stump that its halves (as defined above) are identical and can be made to coincide by turning them through 180 °.
  • the octahedral stumps in the space grid structure are arranged so as to fill space so that they touch each other and are connected to one another. Therefore, an open shape of contiguous octahedral stump halves can be made, which is much simpler than the fabrication of individual hollow bodies. By turning a part of this shape by 180 ° or shifting it by half a cell diagonal, placing it on and connecting it to the rest over the square surfaces, the arrangement of the complete octahedral stumps is created.
  • the method for producing the lightweight components according to the invention thus comprises the steps:
  • molded parts as sandwich cores which are represented by the surfaces of halved octahedral stumps in a space-filling arrangement, - Connecting two sandwich cores to each other by connecting square surfaces to form a structure of whole Oktaederstümpfen, - connecting this structure on square surfaces with a cover layer on the one hand and a cover or intermediate layer on the other.
  • the sandwich core moldings can be formed from sheet-like thermoplastic (such as fiber-reinforced polyamide, if necessary) by hot forming into sheets that represent an array of surface elements of interconnected half-octahedron stumps.
  • sheet-like thermoplastic such as fiber-reinforced polyamide, if necessary
  • an arrangement of lower halves connected to each other across the diagonally bisected squares equally limits an upper halves arrangement on its underside. So now you need only on such a sandwich core molding a second set so that the complete squares coincide (offset by half a cell diagonal) and connect them together, z.
  • This structure can now be connected via the free-lying square surfaces with cover layers and possibly intermediate layers.
  • thicker cores can be produced. It can also be inserted at any point in the order an intermediate layer. After applying and joining further sandwich core moldings, the lightweight component is then sealed off with a cover layer.
  • the inventive method enables the simple and economical production of the subject invention. It does not require any new technology and can be carried out using the known techniques such as calendering, injection molding, embossing, injection-compression molding or pressing.
  • the space grid structures and lightweight construction elements according to the invention can be adapted very flexibly to the respective intended use with this method. Applications include, for example, in the automotive industry, in aerospace, in construction, especially in lightweight construction and noise protection.
  • FIG. 1 a perspective view of an octahedron stump in relation to the generating octahedron;
  • FIG. 2 shows a space-filling arrangement of octahedral stumps in a perspective view
  • FIG. 3 shows four octahedron stumps from FIG. 2 in plan view
  • FIG. 4 shows a space lattice structure composed of two layers of octahedral stump halves with complete octahedral stumps in a side view.
  • FIG. 5 shows the structure of FIG. 4 in plan view.
  • FIG. 6 shows the structure of FIG. 4 in a perspective view.
  • FIG. 7 shows the structure of FIG. 4 as a core in a lightweight component.
  • FIG. 8a shows a cross section through a molded part.
  • FIG. 8b shows a cross section through this molding with thinned surface elements.
  • FIG. 9 shows a lightweight component with inner layers of different heights of the octahedral stumps.
  • Figure 1 shows some essential properties of the octahedron stump 1 and its relation to the producing octahedron 2.
  • the octahedral stump is formed by cutting off all six vertices 3 of the octahedron 2.
  • each octahedral edge 4 must be in three equal Parts a are cut. Since the sides of the equilateral hexagons 5 partly share edges with the squares 6, it follows that all 36 edges of the octahedron are of equal length.
  • FIG. 2 shows an arrangement of 16 identical octahedron stumps 1, which lie next to one another in such a way that their respective square surfaces 6 facing the neighbor 1 coincide.
  • the arrangement is a square grid. The ability to fill space is evident from the fact that the resulting between the bodies
  • Sinks have exactly the shape of a half octahedral stump. If one were to insert further octahedral stumps I 1 into these depressions, then a layer identical to the first layer would result, which would be displaced by only half a cell diagonal and half the height of the octahedron stump would be increased. A third layer would be the first with an octahedral height increase. This results in a space-filling arrangement of a cubic body-centered grid.
  • FIG. 3 shows a detail of FIG. 2 in plan view.
  • the four octahedron stumps 1 delimit between them a gap 7 formed by the hexagons 5 and the open square 6 1 , which obviously is complementary to each upper half 11 1 of the octahedron. Because of the symmetry of the bodies, the same picture would result in the picture. This means that an octahedral stump can be inserted into the gap 7 from above as well as from below. Just as the lateral square surfaces 6 of the octahedron stumps 1 coincide in this arrangement, also the upper or lower squares of these fictitious inserted Oktaederstümpfe in the open square 6 1 coincide.
  • FIG. 4 shows how two partial layers, which are composed of octahedral stump halves 11 , again form a layer with complete octahedral stumps.
  • the lower sub-layer 11 consists of the hexagonal surfaces 15 and the square connecting surfaces 16 (facing outward) and 17 (facing inward).
  • the side facing squares 13 are halved here.
  • the corresponding surfaces are found in the upper sub-layer 12.
  • the upper sub-layer 12 now lies on the lower sub-layer 11 such that the respective inner square surfaces 17 fall on one another and can be connected (eg glued). This results in an arrangement of complete octahedral stumps 18.
  • FIGS. 5 and 6 show the same arrangement as FIG. 4, but for a better understanding in plan view and in a perspective view.
  • the figures show that a partial layer can easily be produced by corresponding shaping of a plate-shaped semifinished product.
  • FIG. 7 shows a lightweight component with the structure of FIG. 4 as a sandwich core.
  • the lower cover layer 19 and the upper cover layer 20 are bonded to the core via the outer square surfaces 16.
  • the distance between the cover layers is equal to the height h of the octahedral stump, measured as the distance of opposite square side surfaces.
  • the connection to the cover layers takes place via the outer squares 16 and the "inner" squares 17 and the spacing of the cover layers is h / 2. It is also possible to combine 3 or more sub-layers into a sandwich core. In any case, the connection of the partial layers with each other and with the outer layers takes place via the squares 16, 17. The distance of the Cover layers then result in n partial layers to nh / 2.
  • FIG. 8 a shows a section of a cross section through a molded part as a partial layer of a sandwich core.
  • Both the hexagonal surface element 25 and the square surface element 26 have a material thickness of, for example, 0.5 mm.
  • the entire cross section of this profile then has an area of 8.7 mm 2 .
  • FIG. 8b shows the effect of thinning out of the center regions of the surface elements.
  • the cross section was thinned from both sides according to a circular arc (or a spherical shell) so far that in the middle of the surfaces only a material thickness of 0.1 mm was present.
  • the inner and outer corners of the octahedron stump were formed with radii to deliberately create an accumulation of material on the edges, which constitute such a space grid and framework.
  • the profile cross-section dropped to 4.2 mm 2 , which corresponds to a material saving of more than 50% without significant impairment of the strength.
  • the thinning 27 on the connecting outer square surface 26 in this form could make it difficult to adhere to other components (partial layers or cover layers). But it is easily possible, the thinning of this . Surface element 26 make only from the inside 28 ago.
  • FIG. 9 shows a lightweight component with inner layers of different heights of the octahedral stumps.
  • the middle layer here has the height 2h, where h is the height of the outer layers.
  • h is the height of the outer layers.
  • the connection between the middle layer and the outer layers is produced here by intermediate layers 29. In this case, where every second octahedral stump of the outer layer meets with its connection square to one of the inner layer, the intermediate layers can also stay away.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine neuartige lastaufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelemente, welche diese Struktur umfassen, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Leichtbauelemente. Die Struktur ist dadurch gekennzeichnet, dass sie Flächen oder Kanten raumfüllend angeordneter Oktaederstümpfe umfasst. Solche Strukturen haben ein optimales Verhältnis von Fläche zu Volumen und sind daher mit minimalem Materialaufwand zu realisieren. Leichtbauelemente, welche solche Strukturen z. B. als Sandwichkern enthalten, sind herkömmlichen Elementen mit Wabenkernen in ihren Festigkeitseigenschaften überlegen. Zur Herstellung solcher Strukturen wird vorgeschlagen, sie aus Formteilen zusammenzusetzen, die durch die Flächen halbierter Oktaederstümpfe in raumfüllender Anordnung dargestellt werden.

Description

Lastaufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft eine lastaufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelemente, welche diese Struktur umfassen, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Leichtbauelemente.
Bekannt sind Sandwich-Leichtbauelemente, die eine Kernschicht mit einer Wabenstruktur umfassen. Solche Elemente zeichnen sich durch gute Druckfestigkeit und Schubfestigkeit in Längsrichtung aus. Ihr Widerstand gegen Stoßbelastung und Torsion ist jedoch gering, weil die Wabenstrukur nur an ihren Kanten mit den Deckschichten verbunden (z. B. verklebt) ist und diese Verbindung sich leicht löst. Die EP-527109-A1 schlägt vor, diesen Zustand zu verbessern, indem die Wabenkanten über Klebstoffwülste mit den Deckschichten verbunden werden.
DE-10252207-B offenbart ein Formteil als Kern eines Sandwichs mit senkrecht zur Mittenebene des Kerns ausgebildeten Höckern, deren Seitenflächen eben und an Deckplatten anbindbar sind. Hierdurch wird die Bindung des Kerns an die Deckschichten verbessert .
US 5,615,528 beschreibt eine lastaufnehmende Struktur aus einem kontinuierlichen Material, das in Form von vierseitig abge- stumpften Rhombendodekaedern vorliegt. Diese Polyeder können nicht raumfüllend angeordnet werden und die verbleibenden Lücken sollen die bei Belastung auftretenden Spannungen so verteilen, dass Zugspannungen minimal sind.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine lastaufnehmende Raumgitterstruktur sowie ein Leichtbauelement anzugeben, die Zug-, Druck-, Biege-, Schub- und Torsionskräften gleichermaßen widerstehen können und dabei einen möglichst geringen Material- aufwand erfordern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Leichtbauelements gerichtet .
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Raumgitterstruktur nach Anspruch 1, ein Leichtbauelement nach Anspruch 8 und ein Verfahren nach Anspruch 23.
Im Sinne dieser Erfindung wird unter "Oktaederstumpf" ein Körper verstanden, den man sich durch Abschneiden aller sechs Ecken von einem regelmäßigen Oktaeder entstanden denken kann. Das Abtrennen der Ecken geschieht so, dass mit jeder Ecke je ein Drittel der in der Ecke mündenden Kanten entfernt wird. Dabei entsteht ein sog. archimedischer Polyeder, der von sechs Quadraten und acht gleichseitigen Sechsecken begrenzt wird. Die 36 Kanten sind alle gleich lang (ein Drittel der Kantenlänge des Ausgangs-Oktaeders) . Die 24 Ecken sind ebenfalls insofern gleich, als sie jeweils an einem Quadrat und zwei Sechsecken liegen. Eine besondere Eigenschaft besteht darin, dass eine Mehrzahl gleicher Oktaederstümpfe so angeordnet werden kann, dass dadurch ein Bereich des Raums lückenlos gefüllt wird. Legt man beispielsweise gleiche Oktaederstümpfe so auf einer ebenen Unterlage als Schicht aus, dass sie jeweils mit einem Quadrat an der Unterlage anliegen und sich mit den dann an den Seiten liegenden Quadraten kongruent berühren, dann entsteht ein quad- ratisches Gitter mit Senken in der Mitte der Zellen, die genau eine weitere gleichartige Schicht, jedoch um eine halbe Zellen- diagonale verschoben und eine halbe Höhe der Körper (über gegenüberliegende Quadrate gemessen) erhöht, aufnehmen können. Durch Zufügen weiterer Schichten in derselben Art kann der Raum lückenlos gefüllt werden.
Bei dieser raumfüllenden Anordnung fallen im geometrischen Sinn sich berührende Oktaederstumpfflächen und -kanten zusammen und sind lediglich zwei- bzw. eindimensional. Für die praktische Realisierung der Erfindung sind jedoch dreidimensionale Elemen- te erforderlich. Daher sind die Begriffe "Flächen" und "Kanten" hier so zu verstehen, dass sie platten- bzw. stabförmige Gebilde bezeichnen, die ggf. mehreren sich berührenden Oktaederstümpfen der Raumgitterstruktur angehören, dabei aber auch aus der Verbindung von Flächen und Kanten sich berührender Okta- ederstümpfe hervorgehen können. Durch Verbinden der sich berührenden Flächen oder durch Verwendung von Flächenelementen, die den benachbarten Oktaederstümpfen gemeinsam sind, entsteht dann die erfindungsgemäße lastaufnehmende Raumgitterstruktur. Im Folgenden soll „Verbinden" sowohl das Befestigen von sich kon- gruent berührenden Flächenelementen aneinander als auch die Verwendung von Flächenelementen, die benachbarten Oktaederstümpfen gemeinsam sind, bedeuten.
Soll die Raumgitterstruktur nicht eben, sondern gekrümmt oder gebogen oder an eine unregelmäßig geformte Fläche eines anderen Bauteils angepasst werden, dann liegt es im Bereich der Erfindung, einzelne Kanten geeignet zu verkürzen oder zu verlängern, ohne dass diese ganz verschwinden. Während im allgemeinen die Oktaederstümpfe der Struktur gleich groß und kongruent sind, weichen sie in diesem Sonderfall von der Kongruenz ab.
Sind in der Struktur Flächen des Oktaederstumpfs vorhanden, dann bilden deren Seiten selbstverständlich auch entsprechende zur Struktur gehörende Kanten. Zur Erfindung gehören auch Aus- führungsformen, bei denen die Flächenelemente im Mittenbereich, also entfernt von den Kanten, dünner als im Kantenbereich sind, sowie Ausführungsformen, bei denen nur noch stabförmige Kantenelemente vorhanden sind.
Neben der vollständigen Raumfüllung hat der Oktaederstumpf unter den regelmäßigen Polyedern auch ein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, das dem optimalen Verhältnis bei der Kugel sehr nahe kommt . Dies kommt der Forderung nach minimalem Materialaufwand bei optimaler Raumfüllung entgegen.
Die erfindungsgemäße Raumgitterstruktur ermöglicht eine weitgehend isotrope Verteilung der auf sie einwirkenden Kräfte ohne Konzentration der mechanischen Spannungen auf bestimmte potentielle Bruchstellen. Daher ist sie gleichermaßen druckfest, biegesteif, stoßbeständig, widerstandsfähig gegen Stoß- und Berührungslasten und schubfest sowohl in Längs- als auch in Querrichtung.
Die Oktaederstümpfe können in einer Schicht angeordnet sein, wobei - wie oben beschrieben - jeweils die quadratischen Sei- tenflachen von benachbarten Körpern zusammenfallen. Eine solche Schicht weist auf der Ober- und Unterseite Vertiefungen auf, die jeweils einem halben Oktaederstumpf entsprechen. Bereits eine solche Schicht kann über die nach oben und unten gerichteten quadratischen Seitenflächen mit anderen Bauteilen verbunden werden.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die Raumgitterstruktur zwei oder mehrere Schichten von Oktaederstümpfen, die raumfüllend übereinander angeordnet sind. Eine solche Struktur kann beispielsweise andere Bauteile auf Abstand halten.
Wenn die Kanten der Oktaederstümpfe gleich lang sind, ist eine solcherart erzeugte Schicht eben. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung möglich, auch gekrümmte oder gewölbte Schichten zu erzeugen, wenn die Längen einzelner Kanten der Oktaederstümpfe geringfügig angepasst werden, ohne dass die Raumfüllung aufge- hoben wird. In analoger Weise lässt sich die Struktur durch angemessene Vergrößerung oder Verkleinerung einzelner Kanten auch an unebene Flächen anderer Bauteile anpassen.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft ein Leichtbauelement nach Sandwichart, das zwei äußere Deckschichten und eine Kernschicht aufweist. Die Kernschicht umfasst dabei eine erfindungsgemäße Raumgitterstruktur.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kernschicht durch eine Schicht aus Oktaederstümpfen gebildet, die jeweils mit gegenüberliegenden Quadratflächen an eine der Deckschichten gebunden sind. Zur Raumfüllung sind die einzelnen Körper so angeordnet, dass jeder Oktaederstumpf mit jeder der vier nicht an die Deckschichten gebundenen Quadratflächen eine Quadratfläche eines benachbarten Körpers berührt und mit dieser verbunden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform betrifft ein Leichtbau- element nach Sandwichart, dessen Kern aus zwei Schichten von Oktaederstümpfen gebildet wird, die raumfüllend übereinander liegen. Die Körper der zweiten Schicht liegen dann in den Vertiefungen der ersten Schicht, so dass der ganze Kern um die Hälfte höher ist als ein aus einer einzigen Schicht bestehen- der. Die Verbindung zu den Deckschichten erfolgt wiederum über die oben und unten freiliegenden Quadratflächen der Oktaederstümpfe .
Weiter bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich, wenn dem Kern weitere Schichten aus Oktaederstümpfen raumfüllend überlagert werden. Dies können dann beispielsweise insgesamt drei, vier oder fünf Schichten sein.
Es ist auch ein Leichtbauelement möglich, bei dem die Raum- gitterstruktur des Kerns auf eine raumfüllende Anordnung aus halben Oktaederstümpfen reduziert ist. Unter Halbierung wird hierbei die Teilung durch eine zu gegenüberliegenden Quadratflächen parallele und äquidistante Ebene verstanden, wobei vier der Quadratflächen diagonal geteilt werden. Die so entstehenden Hälften sind gleich und können durch Drehen um 180° zur Deckung gebracht werden. Eine solche Anordnung ist möglich, wenn die benachbarten Oktaederstumpfhalften jeweils entgegengesetzt ausgerichtet sind, d. h. wenn sich untere und obere Hälften abwechseln. Auch in diesem Fall erfolgt die Verbindung zu den Deckschichten über die ungeteilten Quadratflächen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Leichtbauelements ist der Sandwichkern aus mindestens drei Oktaederstumpfschichten zusammengesetzt, von denen mindes- tens eine der mittleren Schichten ein von den äußersten Schichten abweichende Höhe der Oktaederstümpfe aufweist. Besonders bevorzugt sind Raumgitterstrukturen, die im Mittelbereich ein doppelt so hohen Oktaederstumpf aufweisen wie die Randschichten. Dabei würde beim Fügen der Flächen jedes vierte Quadrat der Randschicht ein großes Quadrat der Mittelschicht treffen. Sehr dünne Zwischenlagen können die Scheibenwirkung zwischen die Außen- und Mittelschicht verbessern.
Um das Flächengewicht des Leichtbauelements weiter zu vermindern, werden in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest bei einem Teil der Flächenelemente der Struktur diese in ihrem Mittenbereich ausgedünnt. Dadurch wird die Stabilität der Struktur nicht wesentlich beeinflusst, weil die Raumgitter- struktur eine Kraftaufnahme und -Verteilung in den Raum bewirkt. Es erfolgt bewusst eine Kraftzerlegung über das Stabwerk im Raum und ermöglicht somit eine isotrope Lastaufnahme. Da Masseanhäufung an den Kanten erzeugt wird, wird der Kraftfluss über die Körperkanten definiert weitergeleitet und an jedem Knotenpunkt neu zerlegt und verkleinert. Es kann jedoch vor- teilhaft sein, die zur Verbindung zu den Deckschichten dienenden quadratischen Flächenelemente nicht auszudünnen, um die Stabilität der Verbindung zur Deckschicht nicht zu gefährden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Raumgitterstruktur des Sandwichkerns durch ein Stabwerk realisiert. Die Stäbe liegen auf den Kanten der Oktaederstümpfe und sind an den Ecken miteinander verbunden. Man kann sich auch vorstellen, dass ein solches Stabwerk aus einer Struktur mit Flächenelemen- ten hervorgeht, wenn man das oben erwähnte Ausdünnen der Mittenbereiche so weit fortsetzt, bis Öffnungen in den Flächenelementen entstehen. Die Verbindung zu den Deckschichten erfolgt dann über die Stäbe, welche das entsprechende verbindende Quadrat begrenzen. Es ist auch möglich, in der Stabwerkstruktur diese verbindenden Quadrate als Flächenelemente auszuführen.
Als Materialien für die Deck- und Zwischenschichten des erfindungsgemäßen Leichtbauelements kommen bevorzugt Metall, Kunststoff oder Fasermaterialien wie Pappe in Frage. Der Kunststoff kann ein Duroplast oder Thermoplast und faserverstärkt sein. Um möglichst isotrope mechanische Eigenschaften zu erreichen, kommt auch eine Verstärkung durch Gewebe oder Vliese in Frage.
Geeignete Materialien für die Flächenelemente der Raumgitter- struktur sind Metalle wie Aluminium, Kunststoffe wie Duro- und Thermoplaste, Papier oder Pappe, ggf. mit Festigkeitsverstärkern imprägniert. Für die Stabwerksstrukturen werden bevorzugt Metalle oder durch Fasern (z. B. Glasfasern) verstärkte Kunststoffe eingesetzt. Thermoplaste sind bevorzugt.
Die Verbindung der Flächenelemente in der Raumgitterstruktur untereinander ergibt sich bevorzugt dadurch, dass für die Herstellung größere plattenförmige Halbzeuge umgeformt werden und so der Zusammenhalt der Flächenelemente erhalten bleibt. Ande- rerseits können aber auch einzelne Flächenelemente etwa durch Schweißen, Löten oder Kleben miteinander verbunden werden. Die Stabelemente der Stabwerksstruktur können an den Ecken der Oktaederstümpfe beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben oder auch durch Muffenelemente verbunden werden.
Die Verbindung der Raumgitterstruktur mit den Deck- oder Zwischenschichten über die verbindenden Quadrate wird je nach den verwendeten Materialien ausgeführt. Beispielsweise sind Kleben, Nieten, Löten oder Schweißen geeignete Verfahren. Bei verstärk- ten Kunststoffen oder Faserstoffen ist auch eine stoffliche Verbindung über den Kunststoff oder das Imprägnierungsmittel möglich, die nach dem Zusammenfügen durch Kühlen, Trockenen oder chemische Reaktion ausgehärtet werden.
Vorteilhaft ist es, auf den verbindenden Quadratflächen und/oder den Deck- oder Zwischenschichten Arretierungshilfen vorzusehen, die das Zusammenfügen und den Zusammenhalt von Raumgitterstruktur und Deck- oder Zwischenschicht verbessern. Beispielsweise können das Aufrauhungen für das Kleben, vorge- formte Löcher zum Nieten oder Schrauben, insbesondere an Stabelementen befestigte Laschen zum Nieten, Schrauben oder Kleben sein.
Die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente zeichnen sich durch hervorragende Festigkeitseigenschaften, insbesondere Druckfestigkeit, Biegesteifigkeit, Widerstand gegen Stoß- und Berührungslasten, Schubfestigkeit in Längs- und Querrichtung), aus. Dabei besitzen sie niedrige Flächengewichte. Die Raumgitterstrukturen zwischen den Deckschichten wirken auch schwingungs- dämpfend, selbst bei Resonanz der Deckschichten. Daher wirken sie der Übertragung von Schwingungen von einer Deckschicht auf die andere entgegen, so dass die erfindungsgemäßen Leichtbauelemente trotz geringen Flächengewichts hervorragend als Lärmschutzelemente geeignet sind. '
In den erfindungsgemäßen Raumgitterstrukturen und Leichtbauele- menten werden einwirkende Kräfte verteilt, so dass keine Belastungsspitzen auftreten können. Dadurch wird ein hohes Widerstandsmoment realisiert.
Die erfindungsgemäßen Raumgitterstrukturen und Leichtbauelemente sind auf vielen Gebieten der Technik anwendbar, darunter im Automobilbau, z. B. -für Motorhauben, Kofferraumdeckel, Hutablagen, Kofferraumböden und Seitenverkleidungen, insbesondere für Türen, in der Flugzeugtechnik, z. B. für eine rohrförmige Au- ßenwand oder für Tragflächenprofile und im Bauwesen, z. B. für schalldämmende Wände
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Herstellung der Leichtbauelemente. Grundsätzlich ist es möglich, die Oktaeder- stumpfkörper als Hohlkörper einzeln herzustellen und dann in der erfindungsgemäßen Raumgitterstruktur anzuordnen. Ein einfacheres Verfahren ergibt sich aus der Eigenschaft des Oktaederstumpfs, dass seine Hälften (wie oben definiert) identisch sind und durch Drehen um 180° zur Deckung gebracht werden können. Des weiteren sind die Oktaederstumpfe in der Raumgitterstruktur so raumfüllend angeordnet, dass sie sich untereinander berühren und miteinander verbunden sind. Daher kann eine offene Form von aneinandergrenzenden Oktaederstumpfhälften hergestellt werden, was viel einfacher als die Fertigung einzelner Hohlkörper ist. Durch Drehen eines Teils dieser Form um 180° oder Verschieben um eine halbe Zellendiagonale, Auflegen auf und Verbinden mit dem Übrigen über die Quadratflächen entsteht dann die Anordnung der vollständigen Oktaederstümpfe.
Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Leichtbauelemente umfasst also die Schritte:
- Bereitstellen flächigen Materials für Deck- und Zwischenschichten,
- Herstellen von Formteilen als Sandwichkerne, die durch die Flächen halbierter Oktaederstümpfe in raumfüllender Anordnung dargestellt werden, - Verbinden zweier Sandwichkerne untereinander durch Verbinden von Quadratflächen unter Bildung einer Struktur aus ganzen Oktaederstümpfen, - Verbinden dieser Struktur über Quadratflächen mit einer Deckschicht einerseits und einer Deck- oder Zwischenschicht andererseits.
Die Sandwichkern-Formteile können beispielsweise aus einem plattenförmigen Thermoplasten (wie ggf. faserverstärktes Polyamid) durch Warmumformung zu Platten geformt werden, die eine Anordnung der Flächenelemente miteinander verbundener halber Oktaederstümpfe darstellen. Wie oben erwähnt, begrenzt eine Anordnung unterer Hälften, die untereinander über die diagonal halbierten Quadrate verbunden sind, auf ihrer Unterseite gleichermaßen eine Anordnung oberer Hälften. Man braucht nun also nur auf ein solches Sandwichkern-Formteil ein zweites so zu legen, dass die vollständigen Quadrate aufeinanderfallen (um eine halbe Zellendiagonale versetzt) und diese miteinander zu verbinden, z. B. durch Kleben, um die Struktur vollständiger Oktaederstümpfe zu erhalten. Diese Struktur kann nun über die freigebliebenen Quadratflächen mit Deckschichten und ggf. Zwischenschichten verbunden werden.
Selbstverständlich können durch Auflegen eines oder mehrerer weiterer Sandwichkern-Formteile auf die aus zwei Schichten bestehende Struktur und Verbinden über die Quadratflächen dickere Kerne hergestellt werden. Dabei kann auch an beliebiger Stelle der Reihenfolge eine Zwischenschicht eingefügt werden. Nach Aufbringen und Verbinden weiterer Sandwichkern-Formteile wird dann das Leichtbauelement mit einer Deckschicht abge- schlössen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die einfache und wirtschaftliche Herstellung der Erfindungsgegenstände. Es erfordert keinerlei neue Technologie und kann mit den bekannten Techniken wie Kalandrieren, Spritzgießen, Prägen, Spritzprägen oder Pressen ausgeführt werden. Die erfindungsgemäßen Raumgitterstrukturen und Leichtbauelemente können mit diesem Verfahren sehr flexibel dem jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden. Anwendungsmöglichkeiten bestehen beispielsweise im Automobilbau, in der Luft- und Raumfahrt, im Bauwesen, speziell im Leichtbau und beim Lärmschutz.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beigegebenen Zeichnungen näher erläutert werden, es zeigen:
Figur 1 einen Oktaederstumpf in Beziehung zum erzeugenden Oktaeder in perspektivischer Sicht,
Figur 2 eine raumfüllende Anordnung von Oktaederstümpfen in perspektivischer Sicht,
Figur 3 vier Oktaederstümpfe aus Figur 2 in der Draufsicht,
Figur 4 zeigt eine aus zwei Schichten von Oktaederstumpfhälften zusammengesetzte Raumgitterstruktur mit vollständigen Oktaederstümpfen in der Seitenansicht.
Figur 5 zeigt die Struktur der Figur 4 in Draufsicht.
Figur 6 zeigt die Struktur der Figur 4 in perspektivischer Ansicht .
Figur 7 zeigt die Struktur der Figur 4 als Kern in einem Leichtbauelement .
Figur 8a zeigt einen Querschnitt durch ein Formteil.
Figur 8b zeigt einen Querschnitt durch dieses Formteil mit ausgedünnten Flächenelementen. Figur 9 zeigt ein Leichtbauelement mit Innenschichten unterschiedlicher Höhe der Oktaederstümpfe.
Figur 1 zeigt einige wesentliche Eigenschaften des Oktaeder- Stumpfs 1 und seine Beziehung zum erzeugenden Oktaeder 2. Wie man sieht, entsteht der Oktaederstumpf durch Abschneiden aller sechs Ecken 3 des Oktaeders 2. Damit sich ein regelmäßiger Oktaederstumpf ergibt, muss jede Oktaederkante 4 in drei gleiche Teile a geschnitten werden. Da die Seiten der gleichseiti- gen Sechsecke 5 zum Teil mit den Quadraten 6 gemeinsame Kanten bilden, ergibt sich, dass alle 36 Kanten des Oktaeders gleich lang sind.
Bild 2 zeigt eine Anordnung aus 16 gleichen Oktaederstümpfen 1, die so nebeneinanderliegen, dass ihre jeweils dem Nachbarn 1 zugewandten Quadratflächen 6 zusammenfallen. Die Anordnung ist ein quadratisches Gitter. Die Fähigkeit zur Raumfüllung ist daraus ersichtlich, dass die zwischen den Körpern entstehenden
Senken genau die Form eines halben Oktaederstumpfs haben. Würde man in diese Senken weitere Oktaederstümpfe I1 einsetzten, dann ergäbe sich eine zur ersten Schicht identische Schicht, die nur um eine halbe Zellendiagonale verschoben und eine halbe Höhe des Oktaederstumpfs erhöht wäre. Eine dritte Schicht würde der ersten mit einer Erhöhung um eine Oktaederstumpfhöhe entspre- chen. Es ergibt sich also eine raumfüllende Anordnung eines kubisch raumzentrierten Gitters.
Ein Detail aus Figur 2 in der Draufsicht zeigt Figur 3. Die vier Oktaederstümpfe 1 begrenzen zwischen sich eine aus den Sechsecken 5 und dem offenen Quadrat 61 gebildete Lücke 7, die offensichtlich komplementär zu jeder oberen Hälfte I1 1 der Oktaeder ist. Wegen der Symmetrie der Körper ergäbe sich dasselbe Bild in der üntersicht. Das bedeutet, dass in die Lücke 7 sowohl von oben als auch von unten ein Oktaederstumpf einge- setzt werden kann. Ebenso wie die seitlichen Quadratflächen 6 der Oktaederstümpfe 1 in dieser Anordnung zusammenfallen, wür- den auch die oberen bzw. unteren Quadrate dieser fiktiv eingesetzten Oktaederstümpfe in dem offenen Quadrat 61 zusammenfallen.
Figur 4 zeigt, wie aus zwei Teilschichten, die aus Oktaederstumpfhälften I11 zusammengesetzt sind, wieder eine Schicht mit vollständigen Oktaederstümpfen entsteht. Die untere Teilschicht 11 besteht aus den Sechseckflächen 15 und den quadratischen Verbindungsflächen 16 (nach außen weisend) und 17 (nach innen weisend) . Die nach den Seiten weisenden Quadrate 13 sind hier halbiert. Die entsprechenden Flächen findet man in der oberen Teilschicht 12. Nun liegt die obere Teilschicht 12 so auf der unteren Teilschicht 11, dass die jeweils inneren Quadratflächen 17 aufeinander fallen und verbunden (z. B. verklebt) werden können. Dadurch entsteht eine Anordnung vollständiger Oktaederstümpfe 18.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die gleiche Anordnung wie Figur 4, jedoch zum besseren Verständnis in Draufsicht und in perspekti- vischer Sicht. Die Figuren zeigen, dass eine Teilschicht leicht durch entsprechendes Umformen eines plattenförmigen Halbzeugs herstellbar ist.
Figur 7 zeigt ein Leichtbauelement mit der Struktur der Figur 4 als Sandwichkern. Die untere Deckschicht 19 und die obere Deckschicht 20 sind über die äußeren Quadratflächen 16 mit dem Kern verklebt. Der Abstand zwischen den Deckschichten ist hier gleich der Höhe h des Oktaederstumpfs, gemessen als Abstand gegenüberliegender quadratischer Seitenflächen. Wird das Leichtbauelement mit nur einer Teilschicht hergestellt, dann erfolgt die Verbindung zu den Deckschichten über die äußeren Quadrate 16 und die "inneren" Quadrate 17 und der Abstand der Deckschichten ist h/2. Es ist auch möglich, 3 oder mehr Teilschichten zu einem Sandwichkern zusammenzufügen. In jedem Fall erfolgt die Verbindung der Teilschichten untereinander und zu den Deckschichten über die Quadrate 16, 17. Der Abstand der Deckschichten ergibt sich dann bei n Teilschichten zu nh/2.
Figur 8 a zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts durch ein Formteil als Teilschicht eines Sandwichkerns. Sowohl das Sechs- eckflächenelement 25 als auch das Quadratflächenelement 26 haben eine Materialstärke von beispielsweise 0,5 mm. Der gesamte Querschnitt dieses Profils hat dann eine Fläche von 8,7 mm2. In Figur 8 b ist die Wirkung des Ausdünnens der Mittenbereiche der Flächenelemente gezeigt. Der Querschnitt wurde hier gemäß einem Kreisbogen (bzw. einer Kugelschale) von beiden Seiten soweit ausgedünnt, dass in der Mitte der Flächen nur noch eine Materialstärke von 0,1 mm vorhanden war. Gleichzeitig wurden die Innen- und Außenecken des Oktaederstumpfes mit Radien gebildet, um bewusst eine Materialanhäufung auf den Kanten zu erzeugen, die so ein Raumgitter und Stabwerk darstellen. Dadurch ging der Profilquerschnitt auf 4,2 mm2 zurück, was einer Materialersparnis von mehr als 50 % ohne wesentliche Beeinträchtigung der Festigkeit entspricht. Allerdings könnte die Ausdünnung 27 auf der verbindenden äußeren Quadratfläche 26 in dieser Form das Verkleben mit anderen Bauteilen (Teil- bzw. Deckschichten) erschweren. Es ist aber ohne weiteres möglich, die Ausdünnung dieses . Flächenelements 26 nur von der Innenseite 28 her vorzunehmen.
Figur 9 zeigt ein Leichtbauelement mit Innenschichten unterschiedlicher Höhe der Oktaederstümpfe. Die mittlere Schicht hat hier die Höhe 2h, wobei h die Höhe der außenliegenden Schichten ist. Zur Stabilisierung nach außen sind Deckschichten 19, 20 vorgesehen. Die Verbindung zwischen der mittleren Schicht und den äußeren Schichten wird hier durch Zwischenschichten 29 hergestellt. In diesem Fall, wo jeder zweite Oktaederstumpf der Außenschicht mit seinem Verbindungsquadrat auf ein solches der Innenschicht trifft, können die Zwischenschichten auch wegbleiben.
Las-taufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
Bezugszeichenliste
1, 1' Oktaederstumpf
I11 Oktaederstumpfhalfte
2 Oktaeder
3 Ecke des Oktaederstumpfs 4 Kante des Oktaederstumpfs
5 Sechseckfläche des Oktaederstumpfs
6 Quadratfläche des Oktaederstumpfs 6' offenes Quadrat
7 Lücke 11 untere Teilschicht
12 obere Teilschicht
13 seitliche Quadratflächen 15- Sechseckflächen
16 äußere Quadratflächen 17 innere Quadratflächen
18 zusammengesetzter vollständiger Oktaederstumpf
19 untere Deckschicht
20 obere Deckschicht
25 Sechseckflächenelement 26 Quadratflächenelement 27 Ausdünnung
28 Innenseite
29 Zwischenschicht a Kantenlänge des Oktaederstumpfs h Höhe des Oktaederstumpfs

Claims

Patentansprüche
1 . Lastaufnehmende Raumgitterstruktur , dadurch gekennzeichnet , dass sie Flächen oder Kanten raumfüllend angeordneter Oktaederstümpfe umfasst .
2. Struktur nach 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Schicht von Oktaederstümpfen besteht.
3. Struktur nach 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus zwei oder mehreren Schichten von Oktaederstümpfen besteht.
4. Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten eben sind.
5. Struktur nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten gewölbt sind.
6. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Flächenelemen- te im Mittenbereich ausgedünnt ist.
7. Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest teilweise aus stabför- migen Kantenelementen besteht.
8. Leichtbauelement nach Sandwichart, umfassend zwei Deckschichten mit dazwischenliegender Raumgitterstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Leichtbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch eine Schicht aus Oktaederstümpfen dargestellt wird, die jeweils mit ihren freien Quadraten an Deckschichten gebunden sind.
10. Leichtbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch mindestens zwei raumfüllend angeordnete Schichten aus Oktaederstümpfen dargestellt ist und die Oktaederstümpfe jeweils mit ihren freien Quadratflächen an die Deckschichten gebunden sind.
11. Leichtbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch mindestens zwei Schichten aus Oktaederstümpfen dargestellt wird, wobei die Schichten aus Oktaederstümpfen durch mindestens eine Zwi- schenschicht getrennt und die Oktaederstümpfe jeweils mit ihren freien Quadratflächen an die Deckschichten oder die Zwischenschicht gebunden sind.
12. Leichtbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch mindestens drei Schichten aus Oktaederstümpfen dargestellt wird, wobei mindestens eine innenliegende Schicht eine von den äußeren Schichten abweichende Höhe der Oktaederstümpfe aufweist.
13. Leichtbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass drei Schichten aus Oktaederstümpfen vorhanden sind, von denen die mittlere doppelt so hoch wie die äußeren Schichten ist.
14. Leichtbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch raumfüllend angeordnete
Oktaederstumpfhälften dargestellt wird.
15. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenelemente der Raum- gitterstruktur zumindest teilweise in ihrem Mittenbereich ausgedünnt sind.
16. Leichtbauelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur durch ein Stabwerk dargestellt wird, dessen Elemente in den Kanten der Oktaederstümpfe liegen.
17. Leichtbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente des Stabwerks zumindest teilweise in ih- rem Mittenbereich ausgedünnt sind.
18. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den freien Quadratflächen und den Deck- und Zwischenschichten durch Kleben, Nieten oder Schweißen erfolgt.
19. Leichtbauelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass auf den freien Quadratflächen und/oder auf den Deck- und Zwischenschichten Arretierungshilfen für die Verbin- düng vorhanden sind.
20. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Deck- und Zwischenschichten aus Metall, Kunststoff oder Pappe bestehen.
21. Leichtbauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff faser-, vlies- oder gewebeverstärkt ist.
22. Leichtbauelement nach einem der Ansprüche 8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Raumgitterstruktur aus Metall, Kunststoff, faserverstärktem Kunststoff, Papier oder Pappe besteht.
23. Verfahren zur Herstellung eines Leichtbauelements nach einem der Ansprüche 8 bis 22, umfassend die Schritte
- Bereitstellen flächigen Materials für Deck- und Zwischenschichten,
- Herstellen von Formteilen als Sandwichkerne, die durch die Flächen halbierter Oktaederstümpfe in raumfüllender
Anordnung dargestellt werden,
- Verbinden zweier Sandwichkerne untereinander durch Verbinden von Quadratflächen unter Bildung einer Struktur aus ganzen Oktaederstümpfen, - Verbinden dieser Struktur über Quadratflächen mit einer Deckschicht einerseits und einer Deck- oder Zwischenschicht andererseits.
24. Verfahren nach Anspruch 23, weiter umfassend das Verbinden weiterer Sandwichkerne mit der Struktur vor dem Verbinden mit Deck- oder Zwischenschichten.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, weiter umfassend das Verbinden eines oder mehrerer weiterer Sandwichkerne mit der Zwischenschicht und Verbinden des äußeren Sandwichkerns mit einer Deckschicht.
PCT/DE2007/001822 2006-10-20 2007-10-12 Lastaufnehmende raumgitterstruktur, leichtbauelement und verfahren zu dessen herstellung WO2008046392A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP07817657A EP2082102A1 (de) 2006-10-20 2007-10-12 Lastaufnehmende raumgitterstruktur, leichtbauelement und verfahren zu dessen herstellung
US12/311,938 US20100115883A1 (en) 2006-10-20 2007-10-12 Load-bearing space lattice structure, lightweight construction element and process for the preparation thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006050393A DE102006050393B4 (de) 2006-10-20 2006-10-20 Lastaufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102006050393.7 2006-10-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008046392A1 true WO2008046392A1 (de) 2008-04-24

Family

ID=39047521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2007/001822 WO2008046392A1 (de) 2006-10-20 2007-10-12 Lastaufnehmende raumgitterstruktur, leichtbauelement und verfahren zu dessen herstellung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20100115883A1 (de)
EP (1) EP2082102A1 (de)
DE (1) DE102006050393B4 (de)
WO (1) WO2008046392A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202008008216U1 (de) 2008-06-20 2008-10-30 Montaplast Gmbh Kraftfahrzeugbauteil mit Sandwich-Struktur, umfassend eine Füllschicht mit halben Oktaederstümpfen
CN114976421A (zh) * 2022-06-24 2022-08-30 厦门金龙联合汽车工业有限公司 电池箱、滑板式底盘以及电动汽车

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010008964U1 (de) * 2010-11-05 2012-02-06 Westfalia Presstechnik Gmbh & Co. Kg Hybridbauteil unter Verwendung von Wabenmaterial, insbesondere Wabenpappe
CN103463817A (zh) * 2013-09-29 2013-12-25 张衡 十四面体积木
US20150165723A1 (en) * 2013-12-16 2015-06-18 Shuert Technology, Llc Molded polymeric structure, method and apparatus for making same
JP6511242B2 (ja) * 2014-09-22 2019-05-15 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター サンドイッチパネル用コア材、サンドイッチパネル用コアおよびサンドイッチパネル
FR3033519B1 (fr) * 2015-03-13 2019-09-06 C.T.I.F Centre Technique Des Industries De La Fonderie Milieux architectures en metal ou en alliage
WO2016146921A1 (fr) * 2015-03-13 2016-09-22 C.T.I.F. - Centre Technique Des Industries De La Fonderie Milieux architecturés en metal ou en alliage
US10286623B2 (en) * 2015-06-15 2019-05-14 Lockheed Martin Corporation Composite materials with tapered reinforcements
AU201711371S (en) * 2017-03-07 2017-05-15 Nxt Ip Pty Ltd Void former
RU2658722C1 (ru) * 2017-07-11 2018-06-22 Акционерное общество "Пермский завод "Машиностроитель" Складчатый заполнитель панели

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2481046A (en) * 1947-11-13 1949-09-06 Western Engineering Associates Panel structure
US3086899A (en) * 1956-05-04 1963-04-23 Dow Chemical Co Constructional lamina
CH384831A (de) * 1960-09-14 1965-05-31 Altherr Alfred Hohlkammerplatte
WO2002010530A1 (de) * 2000-08-02 2002-02-07 Ekkehard Friedl Durch ausformung strukturiertes kunststoffbauteil
WO2003101721A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-11 University Virginia Patent Foundation Method for manufacture of periodic cellular structure and resulting periodic cellular structure

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3992835A (en) * 1974-03-18 1976-11-23 Saveker David R Sinusoidal structural element
US4238905A (en) * 1978-08-17 1980-12-16 Macgraw Richard Ii Sculptural objects
US4207715A (en) * 1978-09-14 1980-06-17 Kitrick Christopher J Tensegrity module structure and method of interconnecting the modules
US4344266A (en) * 1978-11-09 1982-08-17 Magnex Limited Collapsible structure and method of building using such a structure
US4336292A (en) * 1980-07-11 1982-06-22 Rohr Industries, Inc. Multi-layer honeycomb thermo-barrier material
US4723382A (en) * 1986-08-15 1988-02-09 Haresh Lalvani Building structures based on polygonal members and icosahedral
US5623790A (en) * 1987-08-24 1997-04-29 Lalvani; Haresh Building systems with non-regular polyhedra based on subdivisions of zonohedra
DE69122211T2 (de) * 1990-10-23 1997-04-24 Tokai Kogyo Co Ltd Formteil für Kraftfahrzeugwindschutzscheibe und Vorrichtung zu dessen Herstellung
US5540972A (en) * 1993-05-28 1996-07-30 Hexacomb Corporation Prestressed honeycomb, method and apparatus therefor
US5615528A (en) * 1994-11-14 1997-04-01 Owens; Charles R. Stress steering structure
CA2144295C (en) * 1995-03-09 2005-05-24 Germain Belanger Core-board
SE506549C2 (sv) * 1995-09-11 1998-01-12 Volvo Ab Energiabsorberande bikakeblock med tre skikt
DE19936247C2 (de) * 1998-08-04 2001-11-15 Florian Tuczek Bausystem
AU764925B2 (en) * 1999-05-27 2003-09-04 Peter Kuppers Lightweight construction element in the form of a hollow body contoured honeycomb structure
US7297390B2 (en) * 2002-01-28 2007-11-20 Simmons Richard A Structural polymer core assembly, method of manufacture and method of use
US7208063B2 (en) * 2002-08-14 2007-04-24 Akron Rubber Development Laboratory, Inc. Double walled structural reinforcement
US7662014B2 (en) * 2002-12-20 2010-02-16 Fleishman Gregg R Joining system for polyhedric modules
DE202004012495U1 (de) * 2004-08-10 2004-11-11 Blechschmidt, Klaus Geometrischer Baukasten zum Aufbauen räumlicher geometrischer Konfigurationen
US20080040984A1 (en) * 2006-08-15 2008-02-21 Lanahan Samuel J Three Dimensional Polyhedral Array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2481046A (en) * 1947-11-13 1949-09-06 Western Engineering Associates Panel structure
US3086899A (en) * 1956-05-04 1963-04-23 Dow Chemical Co Constructional lamina
CH384831A (de) * 1960-09-14 1965-05-31 Altherr Alfred Hohlkammerplatte
WO2002010530A1 (de) * 2000-08-02 2002-02-07 Ekkehard Friedl Durch ausformung strukturiertes kunststoffbauteil
WO2003101721A1 (en) * 2002-05-30 2003-12-11 University Virginia Patent Foundation Method for manufacture of periodic cellular structure and resulting periodic cellular structure

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202008008216U1 (de) 2008-06-20 2008-10-30 Montaplast Gmbh Kraftfahrzeugbauteil mit Sandwich-Struktur, umfassend eine Füllschicht mit halben Oktaederstümpfen
CN114976421A (zh) * 2022-06-24 2022-08-30 厦门金龙联合汽车工业有限公司 电池箱、滑板式底盘以及电动汽车
CN114976421B (zh) * 2022-06-24 2023-07-04 厦门金龙联合汽车工业有限公司 电池箱、滑板式底盘以及电动汽车

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006050393A1 (de) 2008-04-30
US20100115883A1 (en) 2010-05-13
DE102006050393B4 (de) 2012-10-18
EP2082102A1 (de) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006050393B4 (de) Lastaufnehmende Raumgitterstruktur, Leichtbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
EP3237702B1 (de) Wabenkernaufbau
EP2322344B1 (de) Sandwichelement
EP1181421B1 (de) Leichtbauelement in form einer hohlkörperkonturwabe
DE3412846A1 (de) Flaechenfoermiger sandwichformkoerper
DE102013206086A1 (de) Mehrschichtiges Strukturbauteil
DE102011076575A1 (de) Energiespeichermodul aus mehreren insbesondere prismatischen Speicherzellen und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichermoduls sowie Verfahren zur Herstellung einer Endplatte für ein Energiespeichermodul
DE60031129T2 (de) Deckensystem mit austauschbaren platten
DE10323367B4 (de) Lastabtragendes Bauelement mit auxetischer Struktur und Schichtverbund aus diesem
EP1077127A2 (de) Verbundwerkstoff mit einer Zwischenschicht, welche mindestens durch eine Naturfasermatte aus nachwachsenden Rohstoffen gebildet ist.
EP2110056B1 (de) Verbundanordnung
WO2011066988A1 (de) Puzzlespiel mit einem oder mehreren knickbaren puzzleteilen
WO2001004434A1 (de) Isolierkörper mit zellartigem gerüst und verfahren zur herstellung
DE102014004963B4 (de) Kern für Sandwichbauteile und Sandwichbauteil
DE102014217756B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Kunststoffteils und faserverstärktes Kunststoffteil
DE3801445A1 (de) Flaechenelastisches fussbodenelement
DE102020005020A1 (de) Tragrahmen für eine Batterie
DE10101612C1 (de) Ausgesteifte Plattenkonstruktion aus flächigen Formbauteilen
DE10055481A1 (de) Selbsttragende Platte und Wandelement aus nachwachsenden Rohstoffen
DE4324581C2 (de) Bettrahmen, insbesondere Lattenrostbettrahmen
EP3586931B1 (de) Untergurt mit klammereffekt
EP1303003A1 (de) Schutzverkleidung für funktechnische Anlagen, Bauteile dafür, sowie jeweilige Herstellungsverfahren
DE102014019301B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer schalldämmenden Platte zur Verkleidung eines Kabineninnenraums eines Fahrzeugs
EP1368187A1 (de) Leichtbauplatte
DE3142934A1 (de) Aus mehreren einzelstaeben zusammengesetztes stabelement fuer bausysteme

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07817657

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2007817657

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007817657

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 12311938

Country of ref document: US