WO2009097836A1

WO2009097836A1 - Leichtbauplatte mit kern aus strukturierten folien und durchschneidbaren deckschichten

Info

Publication number: WO2009097836A1
Application number: PCT/DE2009/000143
Authority: WO
Inventors: Gunter Tannhäuser; Felix Tannhäuser
Original assignee: Genima Innovations Marketing Gmbh
Priority date: 2008-02-05
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-08-13
Also published as: DE112009000866A5; DE102008007516A1

Abstract

Um Sandwich-Strukturen kostengünstig, leicht und hoch belastbar, dabei auch leicht zurichtbar oder mit engen Krümmungsradien herstellbar zu machen, wird eine Kernstruktur aus vorzugsweise tiefgezogenen Folien vorgeschlagen, die Ausformungen in der Art von Kegel- oder Pyramidenstümpfen aufweisen und mehrlagig mitander und mit Deckflächen verbunden sind.

Description

Leichtbauplatte mit Kern aus strukturierten Folien und durchschneidbaren Deckschichten.

Aus DE 19921037 C2 und DE 19937847 C1 sind Sandwichplatten bekannt, die mit einem Klingenmesser zurichtbar sind. Dazu wird eine ihrer Deckschichten durchschnitten und die gegenüber liegende Deckschicht an einer Abrichtkante angelegt und abgebrochen - ein Verfahren, wie es zur Zurichtung von Gipskartonplatten bekannt und verbreitet ist.

Voraussetzung für eine gerade Bruchkante und das Vermeiden von Überständen ist dabei eine Kernstruktur, die nur senkrecht zu den Deckflächen Zusammenhalt aufweist bzw. entsprechend in Längs- und Querrichtung lamelliert ist. Denn verlaufen die Trennungen zwischen den Kernelementen nicht unterbrechungslos senkrecht, geraten Buchkanten unsauber, evtl. amorphes Material mehlt daran sogar aus (wie der Gips bei GK-Platten).

So ergaben z.B. Versuche mit Hirnholz-Kernen und Paketen senkrecht angeordneter Furnierstreifen scharfe Überstände an den Bruchkanten aufgrund unvermeidlich divergierender Wuchsrichtung bei diesen Naturmaterialien, auch die elektrostatisch unterstützte Anordnung von Spänen bei extrudierten Spanplatten ergab gefährliche abstehende Spitzen von Spänen an Bruchkanten, weil eine stets perfekte Ausrichtung kaum erreichbar ist. Feines Lamellieren ausreichend dichter Kernmaterialien erwies sich dagegen als zu aufwändig. Ganz ähnliche Probleme ergeben sich auch dann, wenn die Platte durch beidseitiges Durchschneiden der Deckschichten zugerichtet werden soll.

Geeignet erscheint dagegen dazu die Verwendung von zwischen Deckschichten laminierter Röhrchenstrukturen, wie bereits 1945 unter US 2.477.852 von Bacon vorgeschlagen. Natürliche Röhrenkerne, wie etwa unter DE 4238562 und DE 102 17 815 beschrieben, zeigten sich jedoch wiederum wegen der Toleranzen im Halmwuchs als dafür ungeeignet, sie stellen schon ein Problem bei der Verarbeitung zu Kernen dar. Einzig mit Verwendung hochgenau extrudierter Röhrchen ist es möglich, entsprechende Strukturen ohne die Problematik größerer und in der Verarbeitung problematischer Zwischenräume (wie etwa bei DE 4429779) zwischen den Röhrchen herzustellen (siehe auch DE 43 14 861.1). Wie groß der Aufwand hierfür schon in der Produktion geeigneter Röhrchen ist, ist aus G 9103010.2 (Seite 3 ff.) zu ersehen, hinzu tritt die Problematik des Bündeins und Abrichtens des Materials (vergl. DE 103 22 420 des Anmelders, oder G 91 03 009.9 und US 5.032.208) und die der Assemblage (vergl. DE 43 14 861 und DE 42 08 812 / EP 0 697 955, aber auch DE 195 28 251), die letztlich bis auf die Erstgenannte voraussetzen, dass die Röhrchen längs aneinander laminiert werden, was die gewünschte einfache Zurichtung wiederum ausschließt. Daher sind derartige Strukturen als Kerne für Sandwichplatten allenfalls für Groß-Ausführungen, etwa nach DE 44 39 159 und EP 0 897 331 einsetzbar, sie sind ansonsten - vor allem in gekreuzter Ausführung nach DE 39 19 557 - als Plattenmaterial unbezahlbar und kommen nur für spezielle Zwecke, z.B. als Strömungsgleichrichter oder Frequenz-definierte Schallabsorber (wie DE 38 13 2378) zur Anwendung.

Es war daher bislang unmöglich, leicht zurichtbare Sandwichplatten kostengünstig so herzustellen, dass keine unsauberen und verletzungsträchtigen Überstände an den Bruchkanten verblieben. Als vorteilhaft, insbesondere hinsichtlich ihres Verhältnisses von Steife zu Gewicht, erwiesen sich andererseits Sandwichplatten mit wabenförmigen Kernen aus Papier, Nomex oder dünnem Aluminium, deren Flächen senkrecht auf den Deckschichten angeordnet sind. Sie sind eigentlich eine Weiterentwicklung der im traditionellen Schreinerhandwerk für leichte Tü- ren üblichen Reckplatten [1] und werden z.B. in US 2.477.852 (Fig. 5 und 6), US 2.908.037 (Fig. 16) und US 5.116.688 noch so dargestellt.

Hierbei ergeben sich jedoch einerseits Probleme der Verklebung und insbesondere der Alterung bei schwingender Belastung aufgrund der geringen Kontaktflächen zwischen Kern und Deckschichten. Dagegen wurden verschiedenartige Lösungen der Beleimung und Verpressung der Schnittkanten der Kerne mit den Deckschichten (z.B. DE 03 13 055 von Homag), auch unterstützt durch haftkräftige Zwischenlagen (z.B. US 5.518.796, JP 63-329372 oder DE 10 2004 032 833) vorgeschlagen, die die Elemente jedoch teurer und schwerer machen. Bei Papier- und Nomex-Waben ist dagegen dem Problem durch Quellen oder Aufbürsten der Wabenkern-Grenzschicht zu begegnen (vergl. NL 9101860 von Honicel), obwohl die damit ver- bundene Schwächung der Grenzschicht als Rissauslöser in der Kernstruktur wirken kann.

Andererseits sind all diese Strukturen nicht lamelliert und daher sind daraus geformte Sandwichs nicht einfach mit der Klinge (s.o.) zurichtbar, sondern müssen jeweils ganz durchschnitten werden.

Weiter ist es ein Problem bei der Herstellung von Sandwichstrukturen für dreidimensional gekrümmte Schalen, wie Bootsrümpfe und allseits gerundeten Tanks, entsprechende Kerne aus inkompressiblen Plattenmaterialien flächig vorzufabrizieren und einzusetzen. Will man nicht auf die aufwendige Methode einzeln passend "geshapter" Kernstücke zurück- greifen, wie u.a. in DE 3540352 von MBB vorgeschlagen, werden Kernmaterialien wie Balsa- Himholz (nach US 4.351.680) oder Hartschäume in kleinen Quadern ausgeführt und auf textile Deckschichten aufgebracht, die dem jeweiligen äußeren Krümmungsradius angeformt sind. Die sich dadurch ergebenden Spalte zwischen den Quadern auf der Außenseite sind dann zu verspachteln, sowie die äußere Oberfläche in Form zu schleifen, bevor eine äußere Deckschicht flächendeckend aufgebracht werden kann.

Honeycomb-Wabenkerne, die üblicherweise aus gefalteten und sektionsweise verklebten Materialstreifen bestehen, lassen sich dagegen aus geometrischen Gründen nur bedingt dreidimensional anformen: so werden aus gerade herzustellenden Zylinderwänden zwangsläufig Hyperboloide (sogenannte "Sattelbildung"). Die sich ergebenden Tragstrukturen für komplex geformte Deckschichten sind bei handwerklicher Verarbeitung kaum vorhersehbar und nur aufwendig voraus zu berechnen.

Die unterschiedlichen Zug- und Druckverhältnisse und daraus resultierenden Scherkräfte bei dynamischer Belastung an den schmalen Verbindungszonen gewaltsam angeformter Waben sind jedoch wegen der Delaminationsgefahr kritisch.

Zwar eröffnet eine geometrische Form der Zellen mit negativem Poisson-Verhältnis, wie unter WO 91/01186 beschrieben, die Möglichkeit, Sandwichs aus gefalteten Zellstrukturen mit gewis- sen Krümmungsradien auszuführen. Dies gilt jedoch nur für zweidimensional gekrümmte Flächen, sofern eine dritte Dimension nicht durch Hinzufügen ergänzender Flächenelemete realisiert wird - nur ermöglichst dies keine kontinuierliche Krümmung in der dritten Dimension. Zudem ist die Herstellung der Wabenkerne nach WO 91/01186 selbst und eine derartige Zu- sammensetzung nochmals wesentlich aufwändiger - was erklären kann, warum dieser seit 1989 bekannte Lösungsansatz nicht verbreitet ist.

Zwar sind auch Strukturen mit Kegel- oder Pyramiden-ähnlichen Ausformungen (oder Tetraeder wie in US 5.266.379) als Trägerstruktur (z.B. als Eierkartons) und auch als Versteifungen für Sandwichstrukturen bekannt (siehe US 3.086.899 von Dow, US 3.525.663, US 3.527.664 und US 3.938.963 von J.R.Haie, GB 0128675.6 oder WO 03/047848, und DE 101 12 156. Vielfach wurden auch andere Strukturen, wie etwa zweifach gekrümmte Schalen aus Blechen oder Folien, z.B. in DE 10 2004 024 878 vorgeschlagen und schon früher u.a. in Bodenblechen bei Mitsubishi Aircraft ausgeführt, jedoch nicht mit Anordnungen der ausgeformten Elemente, die eine Segmentierung oder dreidimensionale Formbarkeit der Struktur erlauben, sondern nur als Mittellage zwischen zwei Deckschichten.

Dies jedoch beschränkt die Steife und Tragfähigkeit derartiger Strukturen, weil diese geometrisch vom Abstand der Deckschichten zueinander bestimmt ist, darf daher nicht klein sein. Das erfordert andererseits aber hohe Duktilität des Kernmaterials, die ein gegensätzlicher Parameter der Tragfähigkeit der Struktur ist.

Zudem ergibt sich keine Möglichkeit der einfachen Zurichtung wie eingangs beschrieben, wenn die ausgeformten Elemente nicht einzeln aufeinander stehend angeordnet sind.

Im Prinzip werden kegel- oder pyramidenartige Geometrien als Kernschichten zwar auch in DE 101 12 156, US 3.086.899 und WO 2005/053946 aufgezeigt.

Jedoch wird hier die Ziehtiefe geeigneter Materialien nicht genutzt und der Kern mit einer Zwischenschicht ausgeführt, was eine Zurichtung, wie beschrieben, ausschließt. Ähnliches gilt für verschiedene Arten von Honeycombs. wie unter BE 2005/000168 und WO 2006/ 053407 beschrieben, die auf den ersten Blick zellular erscheinen, aber in mindestens einer Richtung zusammenhängend sind und auch sonst alle oben beschriebenen Nachteile der Honeycombs aufweisen.

Eine gewünschte zellulare Struktur von Kernelementen ist dagegen aus US 4.582.244 ( Fig. 5b) von Rockwell Intl. bekannt; ihre Herstellung ist dort als "Bilderrahmen-Methode" gekennzeich- net. Dabei werden einzeln an diffusionsgeschweißten Nähten gefügte Bleche zwischen Deckschichten durch sogenannte "Akkordeon-Expansion" (nach L. Israeli, US 4.361.262) mit Hilfe von thermischer Behandlung in eine dreidimensionale Form expandiert.

Derartige Formen wären zwar für die eingangs beschriebene Methode der Zurichtung geeignet, das Herstellverfahren ist jedoch extrem aufwändig und für die Verarbeitung dünner Folien nicht anwendbar. Zudem müssen die Kegel hier bei der Herstellung zwischen den Deckflächen fixiert sein; eine dreidimensional flexible Kernstruktur mit nach außen gestellten Kegelabschnitten ist so nicht herstellbar. Jedoch sind aus US 3.086.899 von DOW Chemical Sandwichstrukturen mit der Anordnung Pyramiden-Abschittförmiger Becher als Innenstrukturen bekannt, die einige der vorgenannten Anforderungen erfüllen könnten, wenngleich eine Zurichtbarkeit mit einfachen Mitteln nicht vorgesehen und eine Herstellungsmethode nicht angegeben ist. Ähnliches trifft auch für WO 2005/053946 zu, bei dem jedoch die Stabilität aus zusätzlichen Zwischenlagen aus Rohren erzielt wird, was eine leichte Zurichtbarkeit erst recht ausschließt. Diese wäre auch bei DE 34 12 846 von Hoechst AG nicht gegeben, die eine Fertigung der Innenteile aus tiefgezogenem, mit ausgehärtetem Harz gefüllten Faservlies und harten und "äußerst festen" Deckschichten vorsieht.

Ein anderer Ansatz mit tiefgezogenen Wabenkernen ist dagegen in DE 40 17 852 von MBB vorgegeben und für den Fall duktilen oder thermoplastisch verformbaren Kernmaterials als flächig (d.h. zweidimensional) verformbar gekennzeichnet. Aber auch hier wurden die Vorteile einer mehrfach aufeinander laminierten Kernstruktur nicht wahrgenommen; die Kernelemente bestehen wiederum aus durchgehenden Waben, die zur Anformung deformiert werden müssen, und auch dieses Material ist deshalb nicht mit der intendierten Methode des beidseitigen Klingenschnittes oder einseitigen Schnitts und Brechens zurichtbar oder als flexible Kernschicht ausführbar. Eine Lösung des Herstellungsproblems wäre in CH 1019/01 = WO 02/099218 ersichtlich, wenn- gleich hier von der Verarbeitung vorgefertigter Polyethylen-Noppenfolien ausgegangen wird und auch kein Bezug auf Zurichtverfahren gegeben ist.

Einerseits jedoch erscheint sowohl die Lösung, fertige Noppenplatten durch Heißnadelung zu verschweißen ebenso problematisch wie Verschweißung durch heiße Bolzen auf Walzen, und die optionale Lösung mit Heiz-Gitternetzen, die in der Struktur verbleiben (dies wurde schon in US 3.346.442 vorgeschlagen), ist wirtschaftlich unrealistisch.

Jedoch liegt hier offenbar ein verbreitetes Missverständnis zur Funktion von Sandwichplatten vor: so gehen die Erfinder offensichtlich davon aus, dass sich die Steife von Sandwichelementen nur aus der Funktion des Kernes ergibt, eine feste Distanz zwischen zwei Deckschichten zu wahren - bei einer Biegebelastung würde dann die Außenschicht Zugspannung und die Innenschicht Stauch- und daraus resultierenden Beulkräften ausgesetzt - und zwar um so mehr, je dicker der Kern des Sandwichs ist.

Wie auch DE 10 2004 024 878 nachweist, setzt dies aber voraus, dass die Kernschicht selbst den auftretenden Schubspannungen widersteht. Anderenfalls kann sich die druckbelastete Deckschicht parallel zur zugbelasteten Außenschicht bewegen und es tritt keine Ableitung des Biege- moments in die Deckschichten ein.

Es ist daher erforderlich, die Kernschichten eines Sandwichs so aufzubauen, dass sie Schubspannungen möglichst widerstehen. Dem kann die dort offenbarte Kernstruktur, wie bereits aus den Zeichnungen ersichtlich, offensichtlich jedoch nicht entsprechen. Denn dies wird mit zunehmender Höhe der Kernelemente - entsprechend zunehmender Dicke des Kernes - schwieriger und erfordert bei Kernen aus strukturierten Folien unerwünscht hohen Materialeinsatz oder steifere Materialien, die sich aber weniger gut bzw. tief ausformen lassen. Im Yacht- und Bootsbau besteht ferner die Anforderung an Sandwich-Kemstrukturen, dass diese eine geschlossene Zellstruktur aufweisen, damit sie sich bei Lecks durch Beschädigung der Deckschichten nicht mit Wasser vollsaugen. Aus diesem Grunde werden hier neben Wabenkernen aus hydrophoben Materialien teure geschlossenporige Schäume (AIREX®, Dyvincell® oder Rohacell®) eingesetzt.

Ein weiteres Problem von Sandwichplatten und -Schalen ist die Abdeckung von Schnitt- und Bruchkanten, die bei Vollmaterial durch einfaches Auf kleben von Kantenprofilen (sog. Anleimer) erfolgen kann. Sandwichstrukturen enthalten jedoch überwiegend Kerne aus schwer in Querrichtung verklebbarem Material, wie Hartschäume oder insbesondere dünne Waben.

Hier müsste entweder eine ganze Randzone mit massivem Material gefüllt werden, was nur bei einer dreidimensional gefalteten Kernwabenstruktur (wie bei DE 10 2004 013 144, -145 und -146) sinnvoll erscheint, die sich naturgemäß auch nicht einfach wie oben zurichten lassen. Ansonsten wird das Kernmaterial meist ausgefräst und das Kantenprofil (als sog. Einleimer) mit seinen schmalen Stirnseiten oder einem entsprechend ausgefrästen Einsatzbereich zwischen die Deckschichten geklebt [2], was handwerklich schwierig zu bewerkstelligen und in der industriellen Fertigung aufwendig ist. Zudem sind Korrekturen durch Abziehen des Kantenprofils (wie bei Vollmaterial) unmöglich, ohne die Kante und/oder den Rand der Deckschichten zu beschädigen. Eine ähnliche Problematik betrifft die Montage solcher Sandwichplatten aneinander, sei es in der Zusammensetzung zu durchgehenden Flächen, oder im Winkel zueinander, wie bei Gehäusezargen, Treppen, Kisten und dergleichen. Die Verbindung muss bisher entweder mit zusätzlichen Leisten, bzw. T- oder U-förmigen Trägern oder Ständerschienen erfolgen, auf denen die Platten befestigt werden müssen, oder mit aufwändig in die Kernstrukturen eingesetzten Verstärkungen (vergl. DE 10 2004 013 147) oder großflächig eingesetzten Verbindungselementen (z.B. von Titus, Lama und Hutwil) und verschraubten Einsätzen wie von Häfele, oder Zimmer und Homag, ausgeführt werden [3].

Bei Sandwichelementen mit plastischen oder elastischen Deckschichten ist auch eine Eckenbil- düng durch Winkelformung wie unter WO94/10406 mit oder ohne Ausfräsung einer V-förmigen Nut bekannt. Jedoch ist ersteres nur bei plastischen Schaum-Kernlagen machbar, die schon wegen der eingeschränkten Distanzhaltung zwischen den Deckschichten und durch die Gefahr der Delamination der Kemschicht auf der Lastseite (wenn das Kernmaterial im Übergangsbereich zur Deckschicht nicht ausreichend stauchfest ist) und durch die, wenn plastisch oder elastisch, dann auch weniger zugfesten Deckschichten in Steife und Belastbarkeit eingeschränkt sind.

Öder es sind nach US 6.372.322 Honeycombs aus duktilen Materialien einzusetzen, die mit geringem Innenradius zusammengestaucht werden können, oder nach US 4.548.665 vorgestaucht, bzw. nach US 3.933.020 thermisch angeformt wurden.

Bei der Lösung mit Ausfräsung, wie sie bei Holzwerkstoff-Platten mit flexibler Deckschicht zur Herstellung von Boxen üblich, und die auch bei steifen Schaumkernen machbar wäre, bleibt dagegen die Verbindung zwischen den Schnittflächen ein Bereich, der nach zusätzlichen Verstärkungen verlangt, die für Honeycomb-Ausführungen nur schwer - z.B. mit zusätzlichen Vollmaterial-Einsätzen - machbar sind. Ansonsten sind bisher nur ebenso aufwändige, wie unlösare Verbindungen bekannt, wie die in DE 38 08750 für lineare und EP 0335 150 und DE 43 33 449 für Eckverbindungen beschriebenen Ausführungen, oder die Benutzung außen überstehender Profile, in die die Sandwich- Platten eingesteckt und meist eingeklebt werden.

Gravierend ist dies insbesondere bei der Anwendung in Falttüren, für die Sandwichplatten ihres geringen Gewichts wegen an sich besonders geeignet sind, sofern nicht - bei ganz leichten, dann aber kaum schälldämmenden Ausführungen - flexible Deckschichten auch in der Funktion als Scharniere verwendet werden können, wie in DE 10246 413 beschrieben.

Ein weiteres Problem bei der Gestaltung leichter Tragstrukturen ist die meist schlechte Reflex- und Durchgangs-Schalldämpfung, weil die Kriterien hohe Tragfähigkeit (d.h. Steife) und geringes Gewicht dem entgegen stehen.

Ist dem nur durch Einsatz zusätzlicher Dämpfungsmaterialien zu begegnen, verschlechtert sich dieses Verhältnis und es entstehen zusätzliche Kosten.

Wünschenswert ist daher auch eine Struktur, die sowohl tragfähig, leicht und in hohem Maße Schalldämpfend ist.

Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Struktur zu schaffen, die

1. nach Aufbringen von sehr zugfesten, aber mit der Klinge schneidbaren Deckschichten steif und hochbelastbar wird,

2. dabei aber je nach Anwendung entweder bis dahin dreidimensional anformbar, oder in sich flächig-steif und daher besonders tragfähig ist,

3. deren Kernelemente so segmentiert sind, dass damit hergestellte Sandwichplatten mit der Klinge zugerichtet werden können,

4. deren Zurichtung in einfacher Weise mit einem Werkzeug möglich ist, das durch die Innenstruktur geführt ist und somit keiner Anlegung von Linealen oder Führungen bedarf,

5. deren Stirnflächen (d.h. Schnitt- oder Bruchkanten) so gestaltet sind, dass Kantenprofile und Plattenverbinder mit entsprechend ausgeformtem Profil darin formschlüssig ein- und ausrastbar sind,

6. die Eckausformungen und Biegungen ohne Unterbrechung einer der Deckschichten durch Bearbeitung mit dem Klingenmesser erlaubt,

7. die aufgrund ihrer Struktur und ihres Aufbaus schallschluckend sind, 8. sich durch partielle Füllung für Anwendungen im Voll-Wärmeschutz, Schallschutz und Brandschutz eignen,

9. und die besonders kostengünstig herstellbar ist.

Diese Anforderungen werden erfindungsgemäß dadurch erfüllt, dass (vorzugsweise steife) Folien mit daraus in einem Raster ausgeformten und aufeinander laminierten Kegel- oder Pyramiden- stumpfartigen Formen, die vorzugsweise einer exponentiellen Erweiterung des Querschnitts folgen, als Kernmaterial und hoch-zugfeste, aber mit der Klinge durchschneidbare Deckschichten eingesetzt werden.

Dabei bestehen diese Folien vorzugsweise aus thermoplastischen Kunststoffen, wie Polystyrol oder PET, die tiefgezogen und wiederum vorzugsweise in einem Arbeitsgang im sog. Twinsheet- Verfahren miteinander verschweißt sind. Dabei sind die Pyramiden- oder Kegelstumpfartigen Formen umgekehrt zusammengefügt, also Bodenfläche auf Bodenfläche oder Kopffläche auf Kopffläche.

Die Deckschichten bestehen aus zweilagig orthogonal zueinander laminierten Dünnfurnieren, aber auch aus Kunststoff-Folien, wie aus Polystyrol, PET oder Mylar® (zweifach vorgereckte Polyesterfolien), oder auch aus Aluminium- oder dünnen Stahlfolien (die bis zu einer Stärke von 0,06 Millimeter noch mit der Klinge durchschneidbar sind), alternativ aus CFK, bzw. GFK-Gewe- be-Verbundmaterialien, oder solchen aus vorgereckten Kunststoffasem wie z.B. aus Polypropylen (Curv®). Besonders geeignet für die Zurichtung mit einseitigem Durchschnitt und Brechen der anderen Deckschicht sind dabei spröde Materialien, wie z.B. unmodifiziertes Polystyrol oder stark beharzte Papiere, wie die auf der Rückseite von Arbeitsplatten vielfach verwendeten Ge- genzugfolien oder Furniere.

Daraus ergeben sich steife Strukturen für ebene Flächen, wenn die Deckflächen der Stümpfe zweier Formfolien aufeinander verklebt oder - z.B. durch Reibschweißen - verbunden werden, insbesondere sobald Deckflächen auf die Sockel (und deren Übergänge) der Ausformungen laminiert sind.

Dabei ist eine bevorzugte Form der hohlen Kegel- oder Pyramidenstümpfe durch die exponen- tielle Erweiterung ihres Querschnitts gekennzeichnet. Dies trägt einerseits einer möglichst tief gehenden Ausformung von Folien im Tiefziehverfahren über Positivformen Rechnung, wie auch der erforderlichen Querschubfestigkeit des Kerns und es begünstigt eine große Fläche zur Verbindung zwischen Kernstruktur und Deckschichten.

Die so erzielte Kernstruktur ermöglicht die beabsichtigte Zurichtung mit dem Klingenmesser, Skalpell o.a. , indem zunächst eine Deckschicht entlang dem Raster (in den Furchen zwischen den Sockeln der Ausformungen) durchschnitten und die Gegenseite dann über eine Abricht-Kan- te gebrochen wird, oder indem die Deckschiten beidseitig durchschnitten werden. Bevorzugt ist dabei die Zurichtung mit einem Klingenwerkzeug, das ebenfalls Bestandteil vorliegender Erfindung ist: Es weist ein Torpedoförmiges Führungselement auf, das über eine steife Klinge mit einem darüber angeordneten Griffteil verbunden ist.

Durch die Einfachheit des Zuschnitts einer Deckschicht, bei der kein genaues Maß genommen werden muss, sondern einfach im Raster (z.B. in allen vier Richtungen 10 mm Abstand von Ausformung zu Ausformung) geführt wird, ist es auch möglich, die zweite Deckschicht nicht zu durchbrechen, sondern ebenfalls im Raster zu durchschneiden, um eine saubere Schnittkante statt einer Bruchkante zu erzielen.

Ferner ist es möglich, in die Stirnflächen (= Schnitt- oder Bruchflächen von mit solchen Kernen ausgeführten Platten oder Schalen) Anker einzuführen, mit denen solche Kerne (und mit ihnen entsprechende Platten) mit großer Haltekraft entweder stumpf oder über entsprechende Zwischenprofile winkelig zueinander verbunden werden können, ohne hierzu auf Ständer oder Hilfsrahmen montiert werden zu müssen.

In gleicherweise ist es auch möglich, Scharnierbänder mit entsprechenden Rastelementen in diese Stirnkanten anzubringen. Dazu eignen sich insbesondere doppelt gekröpfte L-Scharniere, die die Anordnung von Türen unmittelbar nebeneinander ermöglichen, ohne sich gegenseitig zu behindern, und die Ausbildung als Folienscharniere, die bei Leichtbauelementen gut einsetzbar und besonders kostengünstig sind.

In gleicher weise ist es auch möglich, Stellfüße oder Aufsätze ohne weitere Gestellvorrichungen zu montieren. Da die Anker durch mehrere Kemsegmente oder auch durch mehrere Platten hindurch geführt werden können, ist so hohe Stabilität und Ausbruch-Sicherheit gewährleistet, zudem sind auch große, verspannte Flächen realisierbar.

Weiter ist es auch möglich, durch Entfernen einer oder mehrerer Reihen der Ausformungen ge- rundete Umkantungen der Sandwichs in einfacher Form herzustellen, wobei zusammen mit der die Ausformungen haltenden und dazu doppelt durchschnittenen Deckschicht bei Auftrennen der Verbindung ihrer Ausformungen mit den mit ihr verbundenen, gleichartigen Elementen erfolgt. Die fehlende Halbreihen der Ausformungen schaffen den Platz für die Faltung der verbleibenden Halbreihen und somit die Anformung der unzerschnittenen Deckschicht im gewünschten Biegewinkel, sowie ihre Fixierung durch Verbindung der Enden der durchschnittenen Deckschicht.

Andererseits ergeben sich zur Verarbeitung hochflexible, dennoch aber flächig inkompressible und daher dauerhaft steife Kernstrukturen, wenn die Sockel der Ausformungen in den Folien aufeinander gefügt sind und die die Deckflächen ihrer Stümpfe beidseitig unter entsprechender Anformung der Kernstruktur auf die gekrümmten Deckschichten von Schalen laminiert werden. Dies ist insbesondere für die Herstellung dreidimensional geformter Schalen vorteilhaft, wenn die Kerne auf die Innenseiten der Außenschalen von in Negativformen vorbereiteten Faser-Kunststoff-Lagen eingebracht und auf ihrer Rückseite mit dem Material der Innenschale überlaminiert werden. 3

Auch die Verarbeitung auf Positivformen, wie Mallengerüsten, ist aufgrund der gut strakenden Eigenschaften dieser Kernstruktur vorteilhaft, insbesondere in Verbindung mit darauf aufgebrachten GFK- oder CFK-Prepregs.

Zur Schallabsorption ist es bei der erfindungsgemäßen Kernstruktur möglich, nur eine geschlossene Deckschicht aufzubringen und sie auf der anderen Seite, z.B. einer störenden Schallquelle gegenüber, punktuell zu durchbrechen, um mit dem dahinter liegenden Zellvolumen einen HeIm- holtz-Resonator zu realisieren, mit dem ein störender Frequenzbereich gedämpft werden kann. Alternativ kann eine offene Struktur auch nur mit einem Gitter abgeschlossen und mit Dämm- stoff belegt sein. Aufgrund der gerasterten dreidimensionalen Struktur erfolgt hierbei eine starke Streuung und damit Relektionsdämpfung ankommender Schallwellen, die durch die Dämmschicht weiter absorbiert werden.

Andererseits weist die Struktur aufeinander laminierter Pyramiden oder Kegel etc. auch bei Anwendung harter Folien eine geometrisch bedingt hohe Innendämpfung auf. Sind Tragfähigkeit und Steife weniger kritisch, können durch Einsatz zäher Materialien, wie PET- oder ABS-Folien ,hier noch höhere Schalldämpfungswerte erzielt werden.

Weiter ist es insbesondere möglich, die Vertiefungen der Kernstrukturen unter den Deckschichten vor deren Aufbringung mit verschiedenen Materialien zu füllen, um erhöhte Schalldämmung, aber auch um Vollwärmeschutz oder Feuerschutz zu realisieren. Dichtet man die Ränder der Sandwichelemente - z.B. mit den oben beschriebenen Kantenelementen, ist auch möglich, die Mittellage der Kernelemente entsprechend zu füllen. Da sich hier- mit drei voneinander getrennte Füllbereiche ergeben, ist auch eine Kombination der Dämmungen möglich, ohne dass sich die Eigenschaften der Füllmaterialien gegenseitig beeinträchtigen. Für die Schall-Durchgangs-Dämpfung eigenet sich hierbei insbesondere feiner Quarzsand, für die Wärmedämmung Zeolithe bzw. Aerogele und für Feuerschutz Füllung mit Wasserglas, das bei Brandtemperaturen aufschäumt und eine eigene Barriere für die Hitze- und Flammausbreitung darstellt.

Zudem ist es möglich, die wie oben beschrieben zweilagig aufeinander laminierte Formfolien nochmals in mehreren Lagen miteinander zu verarbeiten, um Wabenstrukturen großer Dicke und kombinierter Funktion zu erzielen. Dies kann sowohl mit wie auch ohne zwischengelagerte Deckschichten erfolgen.

Steife Tiefziehfolien können sowohl aus Metallen, wie auch aus Kunststoffen bestehen, bevorzugt sind hier Aluminium und Edelstahlfolien, sowie ABS, PET und Polystyrol, wobei außer ABS und PET so spröde ausgeführt werden können, so dass sie, zusammen mit einer geeigneten Deckschicht, das für einfach zurichtbare Sandwichplatten erforderliche, spezifische Bruchverhal- ten aufweisen.

Eine wie in WO 91/02646 dargstellte Ausführung aus mehrlagigen, mikrofeinen Folien mit verbindenden Matrizes wäre dafür wüschenswert, erscheint derzeit aber nicht herstellbar. Die erfindungsgemäße Kernstruktur wird nachfolgend anhand der Zeichnungen Fig. 1 bis Fig. 5 näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Tiefziehfolie 1 mit daraus tiefgezogenen Pyramidenstümpfen 2, deren Abschnittflä- chen 3 und deren gerundete Sockel 4.

Fig. 2 zeigt, wie zwei derartig tiefgezogene Folien 5 und 6, hier mit Ausformungen in der Art von Exponentialtrichtern 7, mit den Abschnittsflächen 8 (bezogen auf offene Trichter, wäre dies jeweils der Hornhals) aufeinander laminiert, eine Kernstruktur ergeben.

Fig. 3 zeigt, wie die in Fig. 2 dargestellten, mit dem Abschnittsflächen 8 aufeinander laminierten Trichter 7 mit ihren Basen 9 auf die (hier transparenten) Deckschichten 10 und 11 laminiert, eine Platte bilden.

Fig. 4 zeigt, wie zwei derartig tiefgezogene Folien 12 und 13 auch an den Basen 14 und 15 (hier der Mund von Exponentialtrichtern) der Ausformungen miteinander und mit Deckschichten 16 und 17 über ihre Abschnittsflächen 18 verbunden sein können.

Fig. 5 stellt dar, wie derartig gemäß Fig. 4 aus den Folien 19 und 20 hergestellte Kernstrukturen vor Aufbringen von Deckschichten dreidimensional verformt werden können - z.B. um sie in eine Negativform einzubringen.

Fig. 6 zeigt, wie ein Kantenprofil 22 mit elastischen Rastelementen 23, die z.B. aus mittelhartem Schaumstoff bestehen, gestaltet sein kann, bei dem die Rastelemente zwischen Reihen der Elemente der Kernstruktur, deren Abstand dem Querschnitt des Rastelement-Sockels 24 entspricht, eingedrückt werden können.

Fig.7 stellt dar, wie Verbindungselemente 24 in Form von mit Rastelementen 25 oder 33 versehenen Stäben stirnseitig in Platten mit der erfindungsgemäßen Kernstruktur 27 eingeschoben und eingerastet werden können.

Fig. 8 zeigt einen derartigen Stab mit elliptischen Querschnitt 26 und elastischen Rastelementen 25, der in die Aussparung zwischen zwei Reihen der Kernelemente eingedrückt werden kann.

Fig. 9 zeigt einen ebenfalls elliptischen Stab 28 mit einer Bohrung 32, durch die eine Achse 29 geführt ist. An ihr sind die Rastelemente 33 durch die Rändelschraube 30 um einen 90-Grad-Winkel 31 drehbar befestigt, um so formschlüssig zwischen jeweils 2 Querreihen der Kernelemente 27 eingerastet zu werden.

Derartige Verbindungen können auch mit Spreiz- oder Kippdübeln hergestellt und auch für das

Aneinandersetzen von Platten mit entsprechenden Kemelementen oder für deren Eckverbindungen - z.B. über V-, U- oder Hohlprofile - ausgeführt werden. Literaturliste:

[1] Reckverfahren in: Lexikon der Holztechnik, VEB Fachbuchverlag Leipzig, 1952 bis 1990

[2] Bekanten rahmenloser Wabenplatten, in: Material und Technik, Ritthammer Verlag, Nürnberg, 1/2004 S. 28-29.

[3] Verbinder für Leichtgewichte, in: Material und Technik, Ritthammer Verlag, Nürnberg, 3/2004 S. 50

[4] Neue Verbinder für Wabenplatten, in: Materials and Ideas for Future Living 14/2007, Frank Stein Verlag, Nürnberg

Zitierte Patentschriften:

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BE 2005/000168 3/28 EP 0 335 150 6/2 CH 1019/01 4/19 EP 0 697 955 1/31 DE 0313055 2/10 EP 0 897 331 1/35

4/7 DE 3412846 GB 012 675.6 3/11

Zl ΔΌ DE 3540352 NL 910 18 60 6/2 2/14 DE 3808750 1/38 US 2.477.852 1/22+2/5 DE 38132378 1/36 US 2.908.037 2/5 DE 3919557 4/11 US 3.086.899 3/10+25 + 4/1 DE 4017852 1/31 US 3.346.442 4/25 DE 4208812 1/22 US 3.525.663 3/10

6/2 DE 4238562 Λ US 3.527.664 3/10

I / /OZY/ DE 4333449 US 3.933.020

1/27 3/11 + 5/37 DE 4314861 1/35 US 3.938.963 5/38 DE 4429779 3/11 +25 US 4.351.680 2/26 DE 4439159 6/9 US 4.361.262 3/36 DE 101 12156 1/22 US 4.548.665 5/37 DE 10246413 1/30 US 4.582.244 3/33

1/31+32 DE 10217815 US 5.032.208 1/30

DE 10322420 US 5.116.688 2/6 DE 19528251 1/31-32 US 5.266.379 3/9 DE 19921037 1/3 US 5.518.796 2/11 DE 19937847 1/3 US 6.372.322 5/36 DE 102004032 2/11 JP 63-329372 2/11 DE 102004024878 3/13 + 4/32 WO 02/099 18 4/19 DE 102004013144 5/13 WO 03/047 848 3/11

O/l O DE 102004013145 WO 91/011 86

5/13 2/242 + 3/4 DE 102004013146 5/14 WO 91/02646 3/4 DE 102004013147 5/25 WO 94/104 06 5/30 G 9103009.9 1/30 WO 2005/053 946 3/25 + 4/5 G 9103010.2 1/29 WO 2006/053 407 3/29

Claims

Patentansprüche:

1. Leichtbauplatte, unfassend

- eine Deckschicht, die mit einem Klingenmesser oder Skalpell durchschneidbar ist,

- eine Kemschicht, die mit der Deckschicht verbunden ist und aus der gleiche Kegel- oder Pyramidenstümpfe ausgeformt sind, die ein regelmäßiges Raster bilden, das als Furchenmuster ausgebildet ist,

- eine zweite, gleichartigen Kernschicht, die, in gegensätzlicher Orientierung zur ersten Kernschicht, an den Endflächen der Kegel- oder Pyramidenstümpfe mit den entsprechenden Endflächen der ersten Kernschicht verbunden ist, und

- eine zweite Deckschicht, die mit einem Klingenmesser durchschneidbar oder abbrechbar ist und mit der Basis der zweiten Kernschicht verbunden ist, wobei die Furchen als Führung eines Schneidewerkzeugs ausgebildet sind.

2. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses Raster in einem gängigen Verarbeitungsmaß, wie 1 cm oder 1/2", angelegt ist.

3. Leichtbauplatte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuschneide-Werkzeug im Raster dieser Furchen geführt werden kann.

4. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Folien der Kernstruktur aus Kunststoffen bestehen.

5. Leichtbauplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien aus thermoplastischen Kunststoffen bestehen.

6. Leichtbauplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien durch Tiefziehen strukturiert sind.

7. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien im Twinsheet- Verfahren hergestellt, d.h. in einem Arbeitsgang tiefgezogen und miteinander verschweißt sind.

8. Leichtbauplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien aus faserver-stärkten Kunststoffen bestehen.

9. Leichtbauplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserverstärkungen aus beschichteten Gewirken bestehen.

10. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass dass die Folien der Kernstruktur aus metallischen Werkstoffen bestehen.

11. Leichtbauplatte nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass dass die Folien der Kernstruktur mit hydrostatischen Verfahren tiefgezogen sind.

12. Leichtbauplatte nach Anspruch 10 , dadurch gekennzeichnet, dass die Folien mit Pressverfahren tiefgezogen sind.

13. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kantenprofile und Plattenverbinder mit angepasstem Profil formschlüssig in ihre Stirnseiten ein- und ausrastbar sind.

14. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der mit ihr verbundenen Deckschichten offen oder teilweise offen ausgeführt sind.

15. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der mit ihr verbundenen Deckschichten aus einem Gittermaterial bestehen.

16. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder beide der mit ihr verbundenen Deckschichten mit Lochungen versehen sind, die zusammen mit den Hohlräumen der Ausformungen der Folien einen Helmholtzresonator bilden.

17. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume zwischen den Ausformungen der Folien untereinander und/oder mit den Deckschichten die Aufnahmen von stirnseitig eingeführten Befestigungselementen ermöglichen.

18. Leichtbauplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese Befestigungsteile aus Profilstäben mit bevorzugt elliptischem Querschnitt bestehen.

19. Leichtbauplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstäbe mit elastisch verformbaren Elementen, z.B. in Form von Elliptoiden, besetzt sind, die fomschlüssig in die Zwischenräume zwischen zwei Reihen von Ausformungen einrasten.

20. Leichtbauplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstäbe mit federnden Kippankern besetzt sind, die nach Einführung in die Zwischenräume zwischen zwei Reihen von Ausformungen hinter mindestens einer Querreihe einrasten und unter Zug verriegelbar sind.

21. Leichtbauplatte nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilstäbe mit drehbaren Segmenten besetzt sind, die nach Einführung in die Zwischenräume zwischen zwei Reihen von Ausformungen hinter mindestens einer Querreihe durch Drehung einer Mittelachse, mit der sie verbunden sind, verriegelbar sind.

22. Leichtbauplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Verspannungen aus Stahloder Kunststoffseilen in der Kernstruktur den Aufbau großer, auch hängender Flächen ermöglichen.