WO2020200675A1 - Process for continuously producing folded cell structures, and folded cell structure - Google Patents

Process for continuously producing folded cell structures, and folded cell structure Download PDF

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WO2020200675A1
WO2020200675A1 PCT/EP2020/056450 EP2020056450W WO2020200675A1 WO 2020200675 A1 WO2020200675 A1 WO 2020200675A1 EP 2020056450 W EP2020056450 W EP 2020056450W WO 2020200675 A1 WO2020200675 A1 WO 2020200675A1
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WO
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reinforcement
flat
material web
flat material
web
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/056450
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Michael KUCHER
Martin Dannemann
Frank Adam
Niels Modler
Marco Zichner
Original Assignee
Technische Universität Dresden
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Publication date
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/02—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising combinations of reinforcements, e.g. non-specified reinforcements, fibrous reinforcing inserts and fillers, e.g. particulate fillers, incorporated in matrix material, forming one or more layers and with or without non-reinforced or non-filled layers
    • B29C70/021—Combinations of fibrous reinforcement and non-fibrous material
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    • B31D3/00—Making articles of cellular structure, e.g. insulating board
    • B31D3/02—Making articles of cellular structure, e.g. insulating board honeycombed structures, i.e. the cells having an essentially hexagonal section
    • B31D3/0223—Making honeycomb cores, e.g. by piling a plurality of web sections or sheets
    • B31D3/0246—Plane webs having essentially longitudinal adhesive strips being folded transversely into stacks or being cut transversely into sections which are piled, e.g. zigzag-folding the webs preceding the cutting
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    • B29C69/001—Combinations of shaping techniques not provided for in a single one of main groups B29C39/00 - B29C67/00, e.g. associations of moulding and joining techniques; Apparatus therefore a shaping technique combined with cutting, e.g. in parts or slices combined with rearranging and joining the cut parts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Definitions

  • the invention relates to a method for the continuous production of folded cell structures and a folded cell structure with application-specific, local reinforcement.
  • the invention also relates to a device for producing folded cell structures with application-specific, local reinforcement.
  • Folded honeycomb structures are used as structured core materials for sandwich construction.
  • Sandwich construction elements are i.a. Used in the aerospace industry because of the high requirements for weight savings and the requirements for mechanical and / or acoustic properties. Continuous manufacturing processes for folded honeycomb structures are well known.
  • a folded honeycomb structure and a method for the automated and continuous production of the folded honeycomb structure without incisions are known.
  • a flat material web of a thermoplastic polymer, a fiber-reinforced composite material or a plastically deformable paper or sheet metal is plastically deformed in strip-shaped areas in a polygonal, sinusoidal or curved shape. These areas are unfolded by 90 ° and form the vertical cell walls of the honeycomb.
  • the honeycomb structure formed in this way has closed cover layers, so that additional cover layers are not necessary, depending on the material web used.
  • US Pat. No. 8,795,806 B2 discloses a folded honeycomb structure, a continuous process and an apparatus for producing the same.
  • a flat material web is plastically deformed in order to form polygonal, sinusoidal or arched 3D structures and connecting areas.
  • the 3D structures are preferably formed using a vacuum thermoforming process.
  • the 3D structures are unfolded in the feed direction, see above that the 3D structures form the vertical cell walls of the honeycomb structure and the connection areas perpendicular to the cell walls are used to connect with cover layers.
  • WO 95/10412 A1 describes a non-metallic honeycomb structure made of composite materials with improved thermal conductivity through the incorporation of pitch-based carbon fibers.
  • Resin-impregnated glass fibers, carbon fibers based on polyacrylonitrile, polyaramid fibers or ceramic fibers come into consideration as composite materials, the resins typically being thermoset or thermoplastic polymers.
  • the cell walls of the honeycomb structure consist of a fabric of non-metallic fibers and hardened resin.
  • the pitch-based carbon fibers are woven into the fabric.
  • honeycomb structures are only produced from foldable materials that have a certain plastic deformability.
  • Application-specific, locally reinforced honeycomb structures and processes for their continuous production are not yet known.
  • the object of the invention is therefore to propose a method for the continuous production of folded cell structures with application-specific, local reinforcement.
  • Another object of the invention is to specify a folded cell structure with application-specific, local reinforcement and to propose a device for producing such folded cell structures.
  • the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures with application-specific, local reinforcement comprises at least the steps of a) providing a flat material web of a foldable material, b) pre-structuring the flat material web, c) folding the pre-structured material web.
  • a reinforcement material is provided in step d), in step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the subsequent material application and in step f) the reinforcement material is applied materially in at least one area on at least one side of the flat material web.
  • steps d), e) and f) are carried out after step a).
  • the method according to the invention advantageously enables the local reinforcement of the flat material web of a foldable material, so that folded cell structures with application-specific, local reinforcement are produced.
  • a cell structure in the context of the invention is understood to mean a structure which is formed from individual cells.
  • a single cell has at least one lateral cell wall, via which neighboring cells are connected to one another.
  • the individual cells can have different cross-sectional shapes.
  • Known cross-sectional shapes are, for example, hexagonal cells.
  • the cells can also have other known polygonal cross-sectional shapes, such as, for example, triangular or square cross-sectional shapes.
  • the cell structure is a honeycomb structure formed from hexagonal cells.
  • a flat material web of a foldable material is provided.
  • a flat material web of a foldable material in the sense of the invention means any material which is plastically deformable by folding or which is plastically deformable with thermal support in order to form a folded cell structure.
  • a large number of materials are known from the prior art as flat material webs for the production of folded cell structures, for example thermoplastic polymers, fiber composite material, paper, fiber-reinforced paper or thin metallic sheets.
  • step b) the flat material web is pre-structured.
  • Pre-structuring in the context of the invention means any process steps which enable the pre-structured flat material web to be folded into a cell structure in step c).
  • Possibilities for pre-structuring and folding a flat material web are known to the person skilled in the art from the prior art.
  • a reinforcement material in the context of the invention means any material suitable for reinforcing the flat material web.
  • the reinforcement material can be a fiber composite material, a fiber material, a metal sheet, paper, fiber-reinforced paper or a thermoplastic polymer.
  • the reinforcement material is a non-foldable material which cannot be deformed by folding.
  • a fiber material within the meaning of the invention means a fiber material that can be in technically known forms of use, for example as a unidirectional, bi- or multidirectional fiber structure, such as woven, braided, laid, knitted and knitted fabrics, as a fleece or as a fiber strand, the fiber material being Includes materials known to those skilled in the art.
  • Different materials of the flat material web can be combined with different materials of the reinforcement material. The person skilled in the art knows which materials can be suitably combined with one another.
  • a flat material web of a fiber composite material can be combined with a polymer or another fiber composite material as a reinforcement material.
  • thermoplastic polymer as a flat material web is preferably combined with a fiber composite material as a reinforcement material, the matrix material of the fiber composite material being preferably compatible with the thermoplastic polymer of the flat material, particularly preferably the matrix material of the fiber composite material being identical to the thermoplastic material of the flat material web.
  • Fiber composite materials are known to the person skilled in the art and usually contain a fiber material as a reinforcement component and a matrix material as a fiber strand.
  • the fiber composite material can be present as a short or long fiber reinforced fiber composite material.
  • the materials of the fiber materials, which are contained as reinforcement components in fiber composite materials include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, basalt fibers, plastic fibers or natural fibers or combinations of these.
  • the matrix material in the fiber composite material can be a thermosetting or thermoplastic polymer, but also an elastomer, a metal or a ceramic.
  • Fiber composite materials with thermoplastic matrix material can be completely impregnated or not completely impregnated.
  • Fully impregnated, thermoplastic fiber composite materials are fiber composite materials in which the thermoplastic matrix material completely surrounds the fiber material, for example completely impregnated and consolidated thermoplastic tapes.
  • Not completely impregnated or also pre-impregnated thermoplastic fiber composite materials are fiber composite materials in which the fiber material and the thermoplastic matrix material are present separately.
  • thermoplastic fiber composite materials examples include powder-impregnated or layer-impregnated fiber composite materials in which the thermoplastic matrix material is present as a powder finely distributed between the fiber material or as a film that covers the fiber material from above and below.
  • examples of such incompletely impregnated thermoplastic fiber composite materials are pre-impregnated thermoplastic tapes.
  • thermoplastic fiber composite materials are known in which the matrix material as thermoplastic fiber material in a homogeneous mixture with the Fiber material, for example as a hybrid roving or a hybrid fiber structure, such as a hybrid fabric, a hybrid fleece or a hybrid random fiber mat.
  • Fiber composite materials with a thermosetting matrix are, for example, thermosetting prepregs, semi-finished products pre-impregnated with reactive resins.
  • the thermosetting matrix is in the uncured state or also partially crosslinked B-state.
  • Examples known to the person skilled in the art are impregnated fiber structures such as woven fabrics, braids, scrims, knitted and knitted fabrics, impregnated nonwovens or impregnated fiber strands.
  • the fiber composite material of the flat material web is selected from thermosetting prepregs, completely or not completely impregnated thermoplastic fiber composite materials. It is essential that the flat material web made of fiber composite material can be deformed by folding, so that a folded cell structure is formed. Suitable fiber composite materials for producing a folded cell structure are known to a person skilled in the art from the prior art.
  • step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the subsequent material application.
  • preparation means process steps which are suitable for establishing a material connection between the reinforcement material and the flat material web in the following step f) the material application of the reinforcement material to the flat material web.
  • Known method steps for preparing an integral connection are, for example, the application of an adhesive, the heating, the application of a solvent. If, for example, a thermoplastic fiber composite material is to be applied as a reinforcement material to a thermoplastic polymer as a flat material web, it is advantageous if the reinforcement material to be applied and / or the thermoplastic polymer of the flat material web is heated.
  • thermoplastic matrix material and / or the thermoplastic polymer softens and, when the reinforcement material is applied to the flat material web, a material bond is established between the thermoplastic matrix material of the reinforcement material and the thermoplastic polymer of the flat material web.
  • a fiber-reinforced paper is to be applied cohesively to a flat material web as reinforcement material, it is advantageous if in step e) an adhesive is applied to the fiber-reinforced paper and / or the flat material web, so that during the subsequent application a material bond between the fiber-reinforced paper and the flat material web.
  • the person skilled in the art is familiar with suitable method steps for preparing the reinforcement material and / or the flat material web in order to achieve a cohesive To effect connection between various combinations of the material of the flat material web and the reinforcing material. It can be advantageous, after the reinforcement material has been applied cohesively to the flat material web, to carry out an additional strengthening step in which the cohesive connection is strengthened by the action of pressure.
  • step e) the reinforcement material is prepared for the subsequent cohesive application.
  • the flat material web is prepared for the subsequent material application in step e).
  • the reinforcement material and the flat material web are prepared for the subsequent material application in step e).
  • step f) the reinforcement material is applied to the flat material web in a materially bonded manner.
  • the cohesive application takes place in such a way that the reinforcement material is applied in at least one area on at least one side of the flat material web and a cohesive connection is achieved between the flat material web and the applied reinforcement material.
  • One side of the flat material web means the upper side or the lower side of the flat material web, the upper and lower sides each being a surface of the material web that is aligned along the conveying direction of the material web.
  • the reinforcement material is applied in a materially bonded manner in at least one area on the upper side or the lower side of the flat material web.
  • a one-sided reinforcement of the flat material web is thereby advantageously achieved.
  • the reinforcement material is applied cohesively in at least one area on the top and the bottom of the flat material web.
  • a two-sided reinforcement of the flat material web is thereby advantageously achieved.
  • the reinforcement material is applied cohesively in at least one area on at least one side of the flat material web, the at least one area each extending in strips on at least one side of the flat material web in the conveying direction of the flat material web.
  • the at least one area in which the reinforcement material is applied extends along the conveying direction of the flat material web in such a way that a strip-shaped zigzag area is formed.
  • the prepared reinforcing material is applied cohesively in a plurality of areas running parallel to one another along the conveying direction of the flat material web on at least one side of the flat material web. In a Embodiment different reinforcement materials are applied cohesively in several areas on at least one side of the flat material web.
  • the at least one area in which the reinforcing material is applied in a cohesive manner forms a lateral cell wall of the folded cell structure after the folding in step c).
  • At least one lateral cell wall of the folded cell structure has a reinforcement.
  • This also advantageously improves the mechanical stability of the cell structure in the thickness direction.
  • the reinforcement can also influence other properties of the cell structure in the thickness direction, depending on the reinforcement material selected, for example the thermal or electrical conductivity of reinforcement material containing carbon fibers or the optical properties of reinforcement material containing glass fibers.
  • a lateral cell wall within the meaning of the invention means a cell wall of a cell of the folded cell structure, which extends along the thickness of the cell structure and via which neighboring cells are connected to one another within the folded cell structure.
  • the thickness of the folded cell structure runs perpendicular to the conveying direction of the flat material web.
  • the flat material web is provided in the form of a thermoplastic polymer.
  • thermoplastic polymer as a flat material web advantageously enables the further thermoplastic processing of the folded cell structure to form complex geometries.
  • Thermoplastic polymers for folded cell structures are well known to those skilled in the art.
  • the reinforcement material is in the form of a
  • Fiber composite material provided.
  • the fiber composite material of the reinforcement material is preferably selected from completely or not completely impregnated, thermoplastic fiber composite materials.
  • thermoplastic fiber composite materials are advantageously suitable for reinforcing a thermoplastic polymer. It is particularly advantageous if the thermoplastic polymer of the flat material web is identical to the thermoplastic matrix material of the fiber composite material. In a preferred embodiment, the fiber composite material of the reinforcement material is provided as an endless material or as sections of an endless material.
  • the provision of the reinforcement material in the form of continuous material advantageously enables the continuous production of a folded cell structure with local reinforcement.
  • sections of the reinforcement material is advantageous if subsequent process steps, which provide for the cutting of the reinforcement material perpendicular to the conveying direction of the flat material web, are to be saved. If the reinforcement material is provided in the form of sections of an endless material, it is advantageous to align the sections during application in step f).
  • the reinforcement material is provided in the form of a fiber material.
  • step f) and before step b cuts are made in the continuously applied reinforcing material.
  • the cuts are advantageously introduced into the reinforcement material, as so-called cross-sections, perpendicular to the conveying direction of the flat material web.
  • Methods for introducing the cross-sections are known to those skilled in the art.
  • the cross-sections cut through only the reinforcement material, but not the flat material web that is cohesively connected to the reinforcement material.
  • the cross-sections are also advantageously made in regions of the reinforcement material in which a fold line for producing the folded cell structure is produced in step c).
  • the cuts are made in the cohesively applied, endless reinforcing material after step f) and after step b).
  • step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation and / or the introduction of cutting patterns.
  • thermoforming a thermoplastic polymer
  • the flat material web runs over a profiled roller and is plastically deformed by means of a vacuum.
  • Other methods known to those skilled in the art from the forming of flat materials made of paper, sheet metal or polymer are also possible.
  • a person skilled in the art is familiar with methods for introducing cutting patterns and special cutting patterns in order to form a folded cell structure in a subsequent folding process.
  • a person skilled in the art can find suggestions, for example, in DE 197 16 637 A1.
  • step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation. In a further embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by introducing cutting patterns. In a further embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation and the introduction of cutting patterns.
  • the pre-structuring of the flat material web takes place by means of plastic deformation and the introduction of cutting patterns or only by means of the introduction of cutting patterns, it is advantageous if the cuts are made in the flat material web in the same process step as the cuts in the materially applied reinforcement material.
  • the flat material web is pre-structured in step b) in such a way that in step c) a cell structure with cells open on both sides in the thickness direction is folded.
  • the cuts are made in the reinforcement material or the cut patterns are made in the flat material web by means of rotary stamping, ultrasonic cutting or remote laser cutting.
  • thermoplastic polymers are used as a flat material web in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
  • fiber composite materials are used as a flat material web in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
  • thermoplastic fiber composite materials are used as reinforcing material in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
  • thermoplastic polymers are used as reinforcing material in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
  • the invention also includes a folded cell structure with application-specific, local reinforcement.
  • the folded cell structure is preferably produced in a method according to the invention.
  • the folded cell structure with application-specific, local reinforcement consists of a flat material web of a foldable material and a reinforcement material.
  • the folded cell structure is formed from a large number of cells that have lateral cell walls. At least a part of the side cell walls has the reinforcement material and at least a further part of the side cell walls has no reinforcement material.
  • At least some of the side cell walls in the context of the invention mean that at least one cell wall of the side cell walls of each cell of the cell structure has the reinforcement material.
  • the at least one cell wall can have the reinforcing material at least in some areas.
  • by regions means that at least one region of the at least one cell wall has the reinforcing material.
  • the at least one cell wall can, however, also have the reinforcement material over the entire surface.
  • Full area means that the entire area of the at least one cell wall has the reinforcement material.
  • Adjacent cells of the folded cell structure are connected to one another via at least one further lateral cell wall, the at least one further cell wall having reinforcing material or having no reinforcing material.
  • the at least one cell wall has the reinforcement material over the entire height of the cell wall, which runs in the direction of the thickness of the cell structure.
  • the at least one cell wall has the reinforcement material over at least part of the width of the cell wall, the at least one cell wall is thus reinforced in regions.
  • the width of the cell wall extends perpendicular to the height of the cell wall. It can also be advantageous if a cell wall has the reinforcing material over the entire width of the cell wall, the cell wall is thus completely reinforced.
  • at least one side of the cell wall has the reinforcement material.
  • One side of the cell wall in the context of the invention means the inside or the outside of a cell wall, the inside of a cell wall being the side of the cell wall that is oriented towards the inside of the cell.
  • the outside of a cell wall is the side of the cell wall that connects neighboring cells within the cell structure.
  • a cell wall can have the reinforcing material on the inside and / or the outside of the cell wall. If the cell wall has the reinforcement material on one side of the cell wall, on the inside or on the outside, the cell wall is reinforced on one side.
  • a cell wall that Having reinforcing material on the inside and the outside is a cell wall reinforced on both sides.
  • the at least one further cell wall via which adjacent cells are connected to one another is a double cell wall.
  • Double cell wall means that during the folding of the cell structure, two areas of the flat material web meet and form a double cell wall.
  • a double cell wall can be constructed in different layers.
  • a double cell wall can have the following layered structure: one layer of the flat material web - two layers of the reinforcement material - one layer of the flat material web.
  • the following layer-by-layer structure can also result: one layer of reinforcement material - two layers of the flat material web - one layer of reinforcement material.
  • the following layered structure of the double cell wall is also possible: one layer of reinforcement material - one layer of the flat material web - two layers of reinforcement material - one layer of the flat material web - one layer of reinforcement material.
  • At least one further part of the lateral cell walls in the context of the invention means that at least one of the further cell walls of each cell of the cell structure does not have any reinforcing material.
  • Such a folded cell structure advantageously has a local reinforcement in the thickness direction of the cell structure.
  • Such a folded cell structure can advantageously be specifically reinforced for the application in order, for example, to achieve increased mechanical stability in the thickness direction.
  • the structural mechanical properties of the cell walls of the folded cell structure can thereby advantageously be adapted to the specific application.
  • Such a folded cell structure advantageously has an adapted deformation behavior due to the partially reinforced cell walls.
  • the functional properties of the cell structure can also be advantageously adapted depending on the choice of reinforcement material. For example, increased electrical or thermal conductivity or optical properties can be set along the thickness direction of the cell structure.
  • the flat material web can comprise any material known to the person skilled in the art that is suitable for producing a folded cell structure.
  • the flat material web is preferably a thermoplastic polymer.
  • the reinforcement material can be any material suitable for reinforcing the flat material web.
  • the reinforcement material is preferably a fiber composite material, in particular preferably a thermoplastic fiber composite material.
  • the reinforcing material is also preferably a fiber material.
  • the folded cell structure according to the invention is used as core material in sandwich elements.
  • the invention also includes a device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure.
  • the device has at least one feed device for a flat material web of a foldable material, at least one device for pre-structuring the flat material web and a device for folding the flat material web.
  • the device additionally has at least one feed device for a reinforcement material, at least one device for preparing the reinforcement material and / or the flat material web for the material application of the reinforcement material to the flat material web and at least one device for material application of the reinforcement material to the flat material web.
  • Feed devices for flat material webs are sufficiently known to the person skilled in the art.
  • a feed device for flat material webs usually comprises an unwinding unit, a unit for regulating the tension of the flat material web and a conveying unit which conveys the flat material web in the conveying direction.
  • the device for pre-structuring the flat material web is suitable for making cuts in the flat material web and in the reinforcement material, the cuts being made in the materially applied reinforcement material without severing the flat material web.
  • Feed devices for the reinforcement material are feed devices known in principle to those skilled in the art, which are also suitable for feeding the flat material web, but which are also included in the device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure.
  • the feed device for the reinforcement material comprises a creel, so that a plurality of reinforcement materials are fed in at the same time.
  • Devices for preparing the reinforcement material and / or the flat material web for the cohesive application of the reinforcement material to the flat material web are known to the person skilled in the art and include, for example, units for applying adhesive or solvent to the reinforcing material and / or the flat material web or units for heating the Reinforcing material and / or the flat sheet of material.
  • the devices for preparing the reinforcement material and / or the flat material web can advantageously be integrated into the feed devices of the flat material web and / or the reinforcement material.
  • the device for cohesive application of the reinforcement material additionally comprises a unit for solidifying the cohesive connection, such as, for example, rollers with which pressure is exerted on the flat material web and the applied reinforcement material, or units for irradiation, for example with UV light.
  • the device also advantageously has a control unit which controls the interaction of the individual devices.
  • the device according to the invention is used in a continuous process for producing a folded cell structure with local reinforcement.
  • the invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect in the sense of the invention. Furthermore, the invention is not limited to the specially described combinations of features, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed, provided the individual features are not mutually exclusive, or a specific combination of individual features is not explicitly excluded.
  • FIG. 1 shows schematically the individual method steps of the method according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a device for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 3 shows schematically a section of a folded cell structure according to the invention
  • Fig. 1 the process steps of an embodiment of the inventive method are shown.
  • step a) a flat material web of a foldable material is provided.
  • step d) a reinforcement material is provided and in the subsequent step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the cohesive application.
  • step f) the cohesive application of the reinforcement material takes place in at least one area on at least one side of the flat material web.
  • step b) the flat material web is pre-structured and finally in step c) the flat material web with the applied reinforcement material is folded into a cell structure.
  • An additional process step for making cuts in the reinforcement material takes place after step f) and before step b) or after step b).
  • thermoplastic fiber composite material is provided as reinforcement material.
  • the thermoplastic fiber composite material is a completely impregnated, thermoplastic tape as an endless material. Within the thermoplastic tape, the carbon fibers are in unidirectional form and are completely enclosed by a thermoplastic polypropylene matrix.
  • thermoplastic tape and the thermoplastic polymer are prepared for the cohesive application in that the thermoplastic tape and the thermoplastic polymer are heated in such a way that the thermoplastic softens.
  • step f) the thermoplastic tape is applied cohesively to the top of the thermoplastic polymer in several parallel strip-shaped areas, the strip-shaped areas extending along the conveying direction of the flat material web.
  • pressure is applied to the thermoplastic polymer and the thermoplastic tape in an additional process step.
  • cuts are made transversely to the conveying direction in the reinforcement material, the thermoplastic tape, without severing the flat material web.
  • step b) the flat material web pre-structured by means of thermally assisted plastic deformation and the introduction of cutting patterns. For this purpose, the material web runs over a structured, heated roller and cuts are made in the flat material web.
  • step c) the pre-structured material web is folded into a honeycomb structure.
  • a device 1 according to the invention for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure is shown schematically in FIG.
  • the device 1 has a feed device for a flat material web of a foldable material, for example an unwinding unit 2. Furthermore, the device 1 comprises at least one feed device for the reinforcing material 3.
  • FIG. 2 shows several feed devices for the reinforcing material, for example unwinding units, which feed the reinforcement material to the top and bottom of the flat sheet of material.
  • the device 1 comprises at least one device for preparing the flat material web and the reinforcement material, which are each integrated into the feed devices 2, 3 and are designed, for example, as heated rollers in order to heat the flat material web and the reinforcement material.
  • the device 1 also has at least one device for cohesively applying 4 of the reinforcement material to the flat material web, which advantageously has a unit for solidifying the cohesive connection, for example pressure rollers arranged on both sides of the flat material web. Furthermore, the device 1 comprises at least one device for pre-structuring the flat material web 5.
  • a device for pre-structuring 5 is designed to introduce cutting patterns 50, for example a laser cutting head that can be moved in the conveying direction and perpendicular to the conveying direction.
  • the laser cutting head 50 is also suitable for making cuts in the reinforcing material applied in a cohesive manner without severing the flat material web.
  • At least one further device for pre-structuring 5 is designed such that the flat material web is pre-structured 51 by means of plastic deformation, for example a heated profiled roller.
  • the pre-structuring by means of plastic deformation can take place in several stages, as shown in FIG. 2.
  • the pre-structured flat material web is then folded into a cell structure 6 by means of a folding device (not shown).
  • FIG. 3 schematically shows a section of a folded cell structure 6 according to the invention.
  • the folded cell structure 6 is formed from a multiplicity of cells 7.
  • Each of the cells 7 has lateral cell walls 8.
  • At least some of the side cell walls of a cell have a reinforcing material 80 and at least another part of the side cell walls have no reinforcing material 81.
  • Adjacent cells 7 are connected to one another via at least one cell wall 82.
  • the cell walls via which neighboring cells are connected to one another 82 are designed as double cell walls.

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Abstract

The invention relates to a process for continuously producing folded cell structures with an application-specific, local reinforcement, to a device for producing application-specific, locally reinforced cell structures and to a folded cell structure having an application-specific, local reinforcement from a flat material web of a foldable material and a reinforcement material.

Description

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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen, sowie gefaltete Zellstruktur Process for the continuous production of folded cell structures, as well as folded cell structure
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen und eine gefaltete Zellstruktur mit anwendungsspezifischer, lokaler Verstärkung. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von gefalteten Zellstrukturen mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung. The invention relates to a method for the continuous production of folded cell structures and a folded cell structure with application-specific, local reinforcement. The invention also relates to a device for producing folded cell structures with application-specific, local reinforcement.
Gefaltete Wabenstrukturen werden als strukturierte Kernmaterialien für die Sandwichbauweise verwendet. Sandwichbauelemente werden u.a. in der Luft- und Raumfahrtindustrie wegen den hohen Anforderungen an Gewichtseinsparung und den Anforderungen an mechanische und/oder akustische Eigenschaften eingesetzt. Kontinuierliche Herstellungsverfahren für gefaltete Wabenstrukturen sind hinreichend bekannt. Folded honeycomb structures are used as structured core materials for sandwich construction. Sandwich construction elements are i.a. Used in the aerospace industry because of the high requirements for weight savings and the requirements for mechanical and / or acoustic properties. Continuous manufacturing processes for folded honeycomb structures are well known.
DE 197 16 637 A1 beschreibt ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Faltwabe und eine Faltwabe. Dabei wird eine ebene Materialbahn mit einem speziellen Schnittmuster zur Bildung von Querlappen versehen und in Förderrichtung und quer zur Förderrichtung gefaltet. Die Querlappen werden beim Falten in die Deckschichtebene gebogen und stehen dort zur Verklebung mit Deckschichten bereit. Dies ermöglicht die Anbindung der Zellwände an beide Deckschichten und einen guten Verbund zwischen den Deckschichten und den Zellen. DE 197 16 637 A1 describes a method for the continuous production of a folded honeycomb and a folded honeycomb. A flat material web is provided with a special cutting pattern to form transverse flaps and folded in the conveying direction and across the conveying direction. When folding, the transverse flaps are bent into the surface layer level and are there ready for bonding with the surface layers. This enables the cell walls to be connected to both cover layers and a good bond between the cover layers and the cells.
Aus US 6 726 974 B1 sind eine gefaltete Wabenstruktur und ein Verfahren zur automatisierten und kontinuierlichen Herstellung der gefalteten Wabenstruktur ohne Einschnitte bekannt. Dabei wird eine flache Materialbahn eines thermoplastischen Polymers, eines faserverstärkten Verbundmaterials oder eines plastisch verformbaren Papiers oder Metallblechs in streifenförmigen Bereichen polygonal, sinus- oder bogenförmig plastisch verformt. Diese Bereiche werden um 90° aufgefaltet und bilden die senkrechten Zellwände der Waben. Die so gebildete Wabenstruktur weist geschlossene Deckschichten auf, so dass zusätzliche Deckschichten in Abhängigkeit von der verwendeten Materialbahn nicht nötig sind. From US Pat. No. 6,726,974 B1, a folded honeycomb structure and a method for the automated and continuous production of the folded honeycomb structure without incisions are known. A flat material web of a thermoplastic polymer, a fiber-reinforced composite material or a plastically deformable paper or sheet metal is plastically deformed in strip-shaped areas in a polygonal, sinusoidal or curved shape. These areas are unfolded by 90 ° and form the vertical cell walls of the honeycomb. The honeycomb structure formed in this way has closed cover layers, so that additional cover layers are not necessary, depending on the material web used.
US 8 795 806 B2 offenbart eine gefaltete Wabenstruktur, ein kontinuierliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung derselben. Dabei wird eine flache Materialbahn plastisch verformt, um polygonale, sinusförmige oder bogenförmige 3D-Strukturen und Verbindungsbereiche zu formen. Die Ausbildung der 3D-Strukturen erfolgt bevorzugt über einen Vakuumthermoformprozess. Das Auffalten der 3D-Strukturen erfolgt in Vorschubrichtung, so dass die 3D-Strukturen die senkrechten Zellwände der Wabenstruktur bilden und die Verbindungsbereiche senkrecht zu den Zellwänden der Verbindung mit Deckschichten dienen. US Pat. No. 8,795,806 B2 discloses a folded honeycomb structure, a continuous process and an apparatus for producing the same. A flat material web is plastically deformed in order to form polygonal, sinusoidal or arched 3D structures and connecting areas. The 3D structures are preferably formed using a vacuum thermoforming process. The 3D structures are unfolded in the feed direction, see above that the 3D structures form the vertical cell walls of the honeycomb structure and the connection areas perpendicular to the cell walls are used to connect with cover layers.
WO 95 / 10412 A1 beschreibt eine nicht-metallische Wabenstruktur aus Verbundmaterialien mit verbesserter thermischer Leitfähigkeit durch den Einbau pechbasierter Kohlenstofffasern. Als Verbundmaterialien kommen harzimprägnierte Glasfasern, Kohlenstofffasern auf Polyacrylnitrilbasis, Polyaramidfasern oder keramische Fasern in Betracht, wobei die Harze typischerweise duroplastische oder thermoplastische Polymere sind. Die Zellwände der Wabenstruktur bestehen aus einem Gewebe nicht-metallischer Fasern und ausgehärteten Harz. Die pechbasierten Kohlenstoffasern werden in das Gewebe mit eingewebt. WO 95/10412 A1 describes a non-metallic honeycomb structure made of composite materials with improved thermal conductivity through the incorporation of pitch-based carbon fibers. Resin-impregnated glass fibers, carbon fibers based on polyacrylonitrile, polyaramid fibers or ceramic fibers come into consideration as composite materials, the resins typically being thermoset or thermoplastic polymers. The cell walls of the honeycomb structure consist of a fabric of non-metallic fibers and hardened resin. The pitch-based carbon fibers are woven into the fabric.
Nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Wabenstrukturen ist, dass diese nur aus faltbaren Materialien, die eine gewisse plastische Verformbarkeit aufweisen, hergestellt werden. Anwendungsspezifisch, lokal verstärkte Wabenstrukturen und Verfahren zu deren kontinuierlicher Herstellung sind bisher nicht bekannt. A disadvantage of the methods known from the prior art for the continuous production of honeycomb structures is that they are only produced from foldable materials that have a certain plastic deformability. Application-specific, locally reinforced honeycomb structures and processes for their continuous production are not yet known.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen mit anwendungsspezifischer, lokaler Verstärkung vorzuschlagen. Ebenfalls Aufgabe der Erfindung ist es, eine gefaltete Zellstruktur mit anwendungsspezifischer, lokaler Verstärkung anzugeben und eine Vorrichtung zur Herstellung derartiger gefalteter Zellstrukturen vorzuschlagen. The object of the invention is therefore to propose a method for the continuous production of folded cell structures with application-specific, local reinforcement. Another object of the invention is to specify a folded cell structure with application-specific, local reinforcement and to propose a device for producing such folded cell structures.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche The object is achieved by a method with the features of claim 1. Preferred developments of the method are the subject of the subclaims
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung umfasst mindestens die Schritte a) Bereitstellen einer flachen Materialbahn eines faltbaren Materials, b) Vorstrukturieren der flachen Materialbahn, c) Falten der vorstrukturierten Materialbahn. Erfindungsgemäß wird in Schritt d) ein Verstärkungsmaterial bereitgestellt, in Schritt e) das Verstärkungsmaterial und / oder die flache Materialbahn für das anschließende stoffschlüssige Applizieren vorbereitet und in Schritt f) das Verstärkungsmaterial in mindestens einem Bereich auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert. Die Schritte d), e) und f) werden erfindungsgemäß nach Schritt a) durchgeführt. Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die lokale Verstärkung der flachen Materialbahn eines faltbaren Materials, so dass gefaltete Zellstrukturen mit anwendungsspezifischer, lokaler Verstärkung hergestellt werden. The method according to the invention for the continuous production of folded cell structures with application-specific, local reinforcement comprises at least the steps of a) providing a flat material web of a foldable material, b) pre-structuring the flat material web, c) folding the pre-structured material web. According to the invention, a reinforcement material is provided in step d), in step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the subsequent material application and in step f) the reinforcement material is applied materially in at least one area on at least one side of the flat material web. According to the invention, steps d), e) and f) are carried out after step a). The method according to the invention advantageously enables the local reinforcement of the flat material web of a foldable material, so that folded cell structures with application-specific, local reinforcement are produced.
Unter einer Zellstruktur im Sinne der Erfindung wird eine Struktur verstanden, die aus einzelnen Zellen gebildet ist. Eine einzelne Zelle weist mindestens eine seitliche Zellwand auf, über die benachbarte Zellen miteinander verbunden sind. Die einzelnen Zellen können unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. Bekannte Querschnittsformen sind beispielsweise sechseckige Zellen. Die Zellen können aber auch andere bekannte polygonale Querschnittsformen aufweisen, wie beispielsweise dreieckige oder viereckige Querschnittsformen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zellstruktur eine aus sechseckigen Zellen gebildete Wabenstruktur. A cell structure in the context of the invention is understood to mean a structure which is formed from individual cells. A single cell has at least one lateral cell wall, via which neighboring cells are connected to one another. The individual cells can have different cross-sectional shapes. Known cross-sectional shapes are, for example, hexagonal cells. However, the cells can also have other known polygonal cross-sectional shapes, such as, for example, triangular or square cross-sectional shapes. In a preferred embodiment, the cell structure is a honeycomb structure formed from hexagonal cells.
In Schritt a) wird eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials bereitgestellt. Eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials im Sinne der Erfindung meint jegliches Material, welches durch Falten plastisch verformbar bzw. thermisch unterstützt plastisch verformbar ist, um eine gefaltete Zellstruktur zu bilden. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl an Materialien als flache Materialbahnen zur Herstellung gefalteter Zellstrukturen bekannt, bspw. thermoplastische Polymere, Faserverbundwerkstoff, Papier, faserverstärktes Papier oder dünne metallische Bleche. In step a) a flat material web of a foldable material is provided. A flat material web of a foldable material in the sense of the invention means any material which is plastically deformable by folding or which is plastically deformable with thermal support in order to form a folded cell structure. A large number of materials are known from the prior art as flat material webs for the production of folded cell structures, for example thermoplastic polymers, fiber composite material, paper, fiber-reinforced paper or thin metallic sheets.
In Schritt b) wird die flache Materialbahn vorstrukturiert. Vorstrukturieren im Sinne der Erfindung meint jegliche Prozessschritte, die im Schritt c) die Faltung der vorstrukturierten flachen Materialbahn zu einer Zellstruktur ermöglichen. Dem Fachmann sind Möglichkeiten zum Vorstrukturieren und Falten einer flachen Materialbahn aus dem Stand der Technik bekannt. In step b) the flat material web is pre-structured. Pre-structuring in the context of the invention means any process steps which enable the pre-structured flat material web to be folded into a cell structure in step c). Possibilities for pre-structuring and folding a flat material web are known to the person skilled in the art from the prior art.
In Schritt d) wird ein Verstärkungsmaterial bereitgestellt. Ein Verstärkungsmaterial im Sinne der Erfindung meint jegliches zur Verstärkung der flachen Materialbahn geeignetes Material. Je nach gewählten Material der flachen Materialbahn kann das Verstärkungsmaterial ein Faserverbundwerkstoff, ein Fasermaterial, ein metallisches Blech, Papier, faserverstärktes Papier oder ein thermoplastisches Polymer sein. In einer Ausführungsform ist das Verstärkungsmaterial ein nicht faltbares Material, welches durch Falten nicht verformt werden kann. In step d) a reinforcement material is provided. A reinforcement material in the context of the invention means any material suitable for reinforcing the flat material web. Depending on the selected material of the flat material web, the reinforcement material can be a fiber composite material, a fiber material, a metal sheet, paper, fiber-reinforced paper or a thermoplastic polymer. In one embodiment, the reinforcement material is a non-foldable material which cannot be deformed by folding.
Ein Fasermaterial im Sinne der Erfindung meint einen Faserwerkstoff, der in technisch bekannten Verwendungsformen vorliegen kann, beispielsweise als uni-, bi- oder multidirektionales Fasergebilde, wie Gewebe, Geflechte, Gelege, Gestricke und Gewirke, als Vlies oder als Faserstrang, wobei der Faserwerkstoff dem Fachmann bekannte Materialien umfasst. Es können unterschiedliche Materialien der flachen Materialbahn mit unterschiedlichen Materialien des Verstärkungsmaterials kombiniert werden. Dem Fachmann ist bekannt, welche Materialien jeweils geeignet miteinander kombinierbar sind. Beispielsweise kann eine flache Materialbahn eines Faserverbundwerkstoffs mit einem Polymer oder einem weiteren Faserverbundwerkstoff als Verstärkungsmaterial kombiniert werden. Bevorzugt wird ein thermoplastisches Polymer als flache Materialbahn mit einem Faserverbundwerkstoff als Verstärkungsmaterial kombiniert, wobei bevorzugt das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs mit dem thermoplastischen Polymer der flachen Material kompatibel ist Besonders bevorzugt ist das Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs identisch mit dem thermoplastischen Material der flachen Materialbahn. A fiber material within the meaning of the invention means a fiber material that can be in technically known forms of use, for example as a unidirectional, bi- or multidirectional fiber structure, such as woven, braided, laid, knitted and knitted fabrics, as a fleece or as a fiber strand, the fiber material being Includes materials known to those skilled in the art. Different materials of the flat material web can be combined with different materials of the reinforcement material. The person skilled in the art knows which materials can be suitably combined with one another. For example, a flat material web of a fiber composite material can be combined with a polymer or another fiber composite material as a reinforcement material. A thermoplastic polymer as a flat material web is preferably combined with a fiber composite material as a reinforcement material, the matrix material of the fiber composite material being preferably compatible with the thermoplastic polymer of the flat material, particularly preferably the matrix material of the fiber composite material being identical to the thermoplastic material of the flat material web.
Faserverbundwerkstoffe sind dem Fachmann bekannt und enthalten üblicherweise einen Faserwerkstoff als Verstärkungskomponente und ein MatrixmateriaL Der Faserwerkstoff kann dabei in bekannten technischen Verwendungsformen vorliegen, beispielsweise als uni-, bi- oder multidirektionales Fasergebilde, wie Gewebe, Geflechte, Gelege, Gestricke und Gewirke, als Vlies oder als Faserstrang. Der Faserverbundwerkstoff kann als kurz- oder langfaserverstärkter Faserverbundwerkstoff vorliegen. Weiterhin bekannt sind die Materialien der Faserwerkstoffe, die als Verstärkungskomponente in Faserverbundwerkstoffen enthalten sind und umfassen Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Basaltfasern, Kunststofffasern oder Naturfasern oder Kombinationen dieser. Fiber composite materials are known to the person skilled in the art and usually contain a fiber material as a reinforcement component and a matrix material as a fiber strand. The fiber composite material can be present as a short or long fiber reinforced fiber composite material. Also known are the materials of the fiber materials, which are contained as reinforcement components in fiber composite materials and include glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, basalt fibers, plastic fibers or natural fibers or combinations of these.
Das Matrixmaterial im Faserverbundwerkstoff kann ein duroplastisches oder thermoplastisches Polymer aber auch ein Elastomer, ein Metall oder eine Keramik sein. Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischen Matrixmaterial können vollständig imprägniert oder nicht-vollständig imprägniert vorliegen. Vollständig imprägnierte, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe sind Faserverbundwerkstoffe, in denen das thermoplastische Matrixmaterial vollständig den Faserwerkstoff umgibt, bspw. vollständig imprägnierte und konsolidierte thermoplastische Bänder. Nicht-vollständig imprägnierte, oder auch vorimprägnierte thermoplastische Faserverbundwerkstoffe sind Faserverbundwerkstoffe, in denen der Faserwerkstoff und das thermoplastische Matrixmaterial separat vorliegen. Beispiele für nicht-vollständig imprägnierte, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe sind pulverimprägnierte oder schichtimprägnierte Faserverbundwerkstoffe, in denen das thermoplastische Matrixmaterial als Pulver fein verteilt zwischen dem Faserwerkstoff oder als Folie, die den Faserwerkstoff von oben und unten bedeckt, vorliegt. Beispiele für derartige nicht vollständig imprägnierte, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe sind vorimprägnierte thermoplastische Bänder. Weiterhin sind nicht vollständig imprägnierte, thermoplastische Faserverbundwerkstoffe bekannt, in denen das Matrixmaterial als thermoplastischer Faserwerkstoff in einer homogenen Mischung mit dem Faserwerkstoff bspw. als Hybridroving oder hybrides Fasergebilde, wie bspw. hybrides Gewebe, als hybrides Vlies oder hybride Wirrfasermatte vorliegt. Faserverbundwerkstoffe mit duroplastischer Matrix sind beispielsweise duroplastische Prepregs, mit Reaktionsharzen vorimprägnierte Halbzeuge. Die duroplastische Matrix liegt dabei im ungehärteten Zustand oder auch teilvernetzen B-Zustand vor. Dem Fachmann bekannte Beispiele sind getränkte Fasergebilde, wie Gewebe, Geflechte, Gelege, Gestricke und Gewirke, getränkte Vliese oder getränkte Faserstränge. The matrix material in the fiber composite material can be a thermosetting or thermoplastic polymer, but also an elastomer, a metal or a ceramic. Fiber composite materials with thermoplastic matrix material can be completely impregnated or not completely impregnated. Fully impregnated, thermoplastic fiber composite materials are fiber composite materials in which the thermoplastic matrix material completely surrounds the fiber material, for example completely impregnated and consolidated thermoplastic tapes. Not completely impregnated or also pre-impregnated thermoplastic fiber composite materials are fiber composite materials in which the fiber material and the thermoplastic matrix material are present separately. Examples of incompletely impregnated, thermoplastic fiber composite materials are powder-impregnated or layer-impregnated fiber composite materials in which the thermoplastic matrix material is present as a powder finely distributed between the fiber material or as a film that covers the fiber material from above and below. Examples of such incompletely impregnated thermoplastic fiber composite materials are pre-impregnated thermoplastic tapes. Furthermore, not completely impregnated, thermoplastic fiber composite materials are known in which the matrix material as thermoplastic fiber material in a homogeneous mixture with the Fiber material, for example as a hybrid roving or a hybrid fiber structure, such as a hybrid fabric, a hybrid fleece or a hybrid random fiber mat. Fiber composite materials with a thermosetting matrix are, for example, thermosetting prepregs, semi-finished products pre-impregnated with reactive resins. The thermosetting matrix is in the uncured state or also partially crosslinked B-state. Examples known to the person skilled in the art are impregnated fiber structures such as woven fabrics, braids, scrims, knitted and knitted fabrics, impregnated nonwovens or impregnated fiber strands.
In einer Ausführungsform ist der Faserverbundwerkstoff der flachen Materialbahn ausgewählt aus duroplastischen Prepregs, vollständig oder nicht vollständig imprägnierten thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen. Maßgeblich ist, dass die flache Materialbahn aus Faserverbundwerkstoff durch Falten verformbar ist, so dass eine gefaltete Zellstruktur gebildet wird. Dem Fachmann sind aus dem Stand der Technik geeignete Faserverbundwerkstoffe zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur bekannt. In one embodiment, the fiber composite material of the flat material web is selected from thermosetting prepregs, completely or not completely impregnated thermoplastic fiber composite materials. It is essential that the flat material web made of fiber composite material can be deformed by folding, so that a folded cell structure is formed. Suitable fiber composite materials for producing a folded cell structure are known to a person skilled in the art from the prior art.
In Schritt e) wird das Verstärkungsmaterial und / oder die flache Materialbahn für das anschließende stoffschlüssige Applizieren vorbereitet. Vorbereiten im Sinne der Erfindung meint Verfahrensschritte, die geeignet sind, im nachfolgenden Schritt f) dem stoffschlüssigen Applizieren des Verstärkungsmaterials auf der flachen Materialbahn eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Verstärkungsmaterial und der flachen Materialbahn herzustellen. Bekannte Verfahrensschritte zum Vorbereiten einer stoffschlüssigen Verbindung sind bspw. das Aufträgen eines Klebstoffs, das Erwärmen, das Aufträgen eines Lösemittels. Soll bspw. ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff als Verstärkungsmaterial auf ein thermoplastisches Polymer als flache Materialbahn stoffschlüssig appliziert werden, ist es vorteilhaft, wenn das zu applizierende Verstärkungsmaterial und / oder das thermoplastische Polymer der flachen Materialbahn erwärmt wird. Das Erwärmen erfolgt derart, dass das thermoplastische Matrixmaterial und / oder das thermoplastische Polymer erweicht und beim Applizieren des Verstärkungsmaterials auf der flachen Materialbahn eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem thermoplastischen Matrixmaterial des Verstärkungsmaterials und dem thermoplastischen Polymer der flachen Materialbahn erfolgt. Soll bspw. ein faserverstärktes Papier als Verstärkungsmaterial auf eine flache Materialbahn stoffschlüssig appliziert werden, so ist es vorteilhaft, wenn in Schritt e) ein Klebstoff auf das faserverstärkte Papier und / oder die flache Materialbahn aufgetragen wird, so dass beim anschließenden Applizieren eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem faserverstärkten Papier und der flachen Materialbahn erfolgt. Dem Fachmann sind jeweils materialabhängig, geeignete Verfahrensschritte zum Vorbereiten des Verstärkungsmaterials und / oder der flachen Materialbahn bekannt, um eine stoffschlüssige Verbindung zwischen verschiedenen Kombinationen des Materials der flachen Materialbahn und dem Verstärkungsmaterial zu bewirken. Es kann vorteilhaft sein, nachdem das Verstärkungsmaterial stoffschlüssig auf die flache Materialbahn appliziert wurde, einen zusätzlichen Verfestigungsschritt durchzuführen, in dem die stoffschlüssige Verbindung durch die Einwirkung von Druck gefestigt wird. In step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the subsequent material application. For the purposes of the invention, preparation means process steps which are suitable for establishing a material connection between the reinforcement material and the flat material web in the following step f) the material application of the reinforcement material to the flat material web. Known method steps for preparing an integral connection are, for example, the application of an adhesive, the heating, the application of a solvent. If, for example, a thermoplastic fiber composite material is to be applied as a reinforcement material to a thermoplastic polymer as a flat material web, it is advantageous if the reinforcement material to be applied and / or the thermoplastic polymer of the flat material web is heated. The heating takes place in such a way that the thermoplastic matrix material and / or the thermoplastic polymer softens and, when the reinforcement material is applied to the flat material web, a material bond is established between the thermoplastic matrix material of the reinforcement material and the thermoplastic polymer of the flat material web. If, for example, a fiber-reinforced paper is to be applied cohesively to a flat material web as reinforcement material, it is advantageous if in step e) an adhesive is applied to the fiber-reinforced paper and / or the flat material web, so that during the subsequent application a material bond between the fiber-reinforced paper and the flat material web. Depending on the material, the person skilled in the art is familiar with suitable method steps for preparing the reinforcement material and / or the flat material web in order to achieve a cohesive To effect connection between various combinations of the material of the flat material web and the reinforcing material. It can be advantageous, after the reinforcement material has been applied cohesively to the flat material web, to carry out an additional strengthening step in which the cohesive connection is strengthened by the action of pressure.
In einer Ausführungsform wird in Schritt e) das Verstärkungsmaterial auf das anschließende stoffschlüssige Applizieren vorbereitet. In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt e) die flache Materialbahn auf das anschließende stoffschlüssige Applizieren vorbereitet. In einer weiteren Ausführungsform werden in Schritt e) das Verstärkungsmaterial und die flache Materialbahn auf das anschließende stoffschlüssige Applizieren vorbereitet. In one embodiment, in step e) the reinforcement material is prepared for the subsequent cohesive application. In a further embodiment, the flat material web is prepared for the subsequent material application in step e). In a further embodiment, the reinforcement material and the flat material web are prepared for the subsequent material application in step e).
In Schritt f) wird das Verstärkungsmaterial stoffschlüssig auf die flache Materialbahn appliziert. Das stoffschlüssige Applizieren erfolgt derart, dass das Verstärkungsmaterial in mindestens einem Bereich auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn appliziert wird und eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der flachen Materialbahn und dem applizierten Verstärkungsmaterial erzielt wird. Eine Seite der flachen Materialbahn meint die Oberseite oder die Unterseite der flachen Materialbahn, wobei die Ober- und Unterseite jeweils eine Fläche der Materialbahn sind, die entlang der Förderrichtung der Materialbahn ausgerichtet ist. In step f) the reinforcement material is applied to the flat material web in a materially bonded manner. The cohesive application takes place in such a way that the reinforcement material is applied in at least one area on at least one side of the flat material web and a cohesive connection is achieved between the flat material web and the applied reinforcement material. One side of the flat material web means the upper side or the lower side of the flat material web, the upper and lower sides each being a surface of the material web that is aligned along the conveying direction of the material web.
In einer Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in mindestens einem Bereich auf der Oberseite oder der Unterseite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert. Vorteilhaft wird dadurch eine einseitige Verstärkung der flachen Materialbahn erzielt. In one embodiment, the reinforcement material is applied in a materially bonded manner in at least one area on the upper side or the lower side of the flat material web. A one-sided reinforcement of the flat material web is thereby advantageously achieved.
In einer Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial jeweils in mindestens einem Bereich auf der Oberseite und der Unterseite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert. Vorteilhaft wird dadurch eine zweiseitige Verstärkung der flachen Materialbahn erzielt. In one embodiment, the reinforcement material is applied cohesively in at least one area on the top and the bottom of the flat material web. A two-sided reinforcement of the flat material web is thereby advantageously achieved.
In einer Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in mindestens einem Bereich auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert, wobei sich der mindestens eine Bereich jeweils streifenförmig auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn in Förderrichtung der flachen Materialbahn erstreckt. In einer Ausführungsform erstreckt sich der mindestens eine Bereich, in dem das Verstärkungsmaterial appliziert wird, derart entlang der Förderrichtung der flachen Materialbahn, dass ein streifenförmiger Zick-Zack- Bereich gebildet wird. In einer Ausführungsform wird das vorbereitete Verstärkungsmaterial in mehreren, parallel zueinander, entlang der Förderrichtung der flachen Materialbahn verlaufenden Bereichen auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert. In einer Ausführungsform werden unterschiedliche Verstärkungsmaterialien in mehreren Bereichen auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert. In one embodiment, the reinforcement material is applied cohesively in at least one area on at least one side of the flat material web, the at least one area each extending in strips on at least one side of the flat material web in the conveying direction of the flat material web. In one embodiment, the at least one area in which the reinforcement material is applied extends along the conveying direction of the flat material web in such a way that a strip-shaped zigzag area is formed. In one embodiment, the prepared reinforcing material is applied cohesively in a plurality of areas running parallel to one another along the conveying direction of the flat material web on at least one side of the flat material web. In a Embodiment different reinforcement materials are applied cohesively in several areas on at least one side of the flat material web.
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der mindestens eine Bereich, indem das Verstärkungsmaterial stoffschlüssig appliziert wird, nach dem Falten in Schritt c) eine seitliche Zellwand der gefalteten Zellstruktur. In a preferred embodiment, the at least one area in which the reinforcing material is applied in a cohesive manner forms a lateral cell wall of the folded cell structure after the folding in step c).
Vorteilhaft wird dadurch erreicht, dass mindestens eine seitliche Zellwand der gefalteten Zellstruktur eine Verstärkung aufweist. Weiterhin vorteilhaft wird dadurch die mechanische Stabilität der Zellstruktur in Dickenrichtung verbessert. Die Verstärkung kann in Abhängigkeit vom gewählten Verstärkungsmaterial auch andere Eigenschaften der Zellstruktur in Dickenrichtung beeinflussen, bspw. die thermische oder elektrische Leitfähigkeit bei Kohlenstofffasern enthaltenden Verstärkungsmaterial oder die optischen Eigenschaften bei Glasfasern enthaltenden Verstärkungsmaterial. This advantageously achieves that at least one lateral cell wall of the folded cell structure has a reinforcement. This also advantageously improves the mechanical stability of the cell structure in the thickness direction. The reinforcement can also influence other properties of the cell structure in the thickness direction, depending on the reinforcement material selected, for example the thermal or electrical conductivity of reinforcement material containing carbon fibers or the optical properties of reinforcement material containing glass fibers.
Eine seitliche Zellwand im Sinne der Erfindung meint eine Zellwand einer Zelle der gefalteten Zellstruktur, die sich entlang der Dicke der Zellstruktur erstreckt und über die benachbarte Zellen innerhalb der gefalteten Zellstruktur miteinander verbunden sind. Die Dicke der gefalteten Zellstruktur verläuft dabei senkrecht zur Förderrichtung der flachen Materialbahn. A lateral cell wall within the meaning of the invention means a cell wall of a cell of the folded cell structure, which extends along the thickness of the cell structure and via which neighboring cells are connected to one another within the folded cell structure. The thickness of the folded cell structure runs perpendicular to the conveying direction of the flat material web.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die flache Materialbahn in Form eines thermoplastischen Polymers bereitgestellt. In a preferred embodiment, the flat material web is provided in the form of a thermoplastic polymer.
Vorteilhaft ermöglicht ein thermoplastisches Polymer als flache Materialbahn die thermoplastische Weiterverarbeitung der gefalteten Zellstruktur zu komplexen Geometrien. Thermoplastische Polymere für gefaltete Zellstrukturen sind dem Fachmann hinreichend bekannt. A thermoplastic polymer as a flat material web advantageously enables the further thermoplastic processing of the folded cell structure to form complex geometries. Thermoplastic polymers for folded cell structures are well known to those skilled in the art.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in Form einesIn a preferred embodiment, the reinforcement material is in the form of a
Faserverbundwerkstoffs bereitgestellt. Bevorzugt ist der Faserverbundwerkstoff des Verstärkungsmaterials ausgewählt aus vollständig oder nicht vollständig imprägnierten, thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen. Fiber composite material provided. The fiber composite material of the reinforcement material is preferably selected from completely or not completely impregnated, thermoplastic fiber composite materials.
Vorteilhaft sind derartige thermoplastische Faserverbundwerkstoffe zur Verstärkung eines thermoplastischen Polymers geeignet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das thermoplastische Polymer der flachen Materialbahn mit dem thermoplastischen Matrixmaterial des Faserverbundwerkstoffs identisch ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Faserverbundwerkstoff des Verstärkungsmaterials als Endlosmaterial oder als Abschnitte eines Endlosmaterials bereitgestellt. Such thermoplastic fiber composite materials are advantageously suitable for reinforcing a thermoplastic polymer. It is particularly advantageous if the thermoplastic polymer of the flat material web is identical to the thermoplastic matrix material of the fiber composite material. In a preferred embodiment, the fiber composite material of the reinforcement material is provided as an endless material or as sections of an endless material.
Vorteilhaft ermöglicht die Bereitstellung des Verstärkungsmaterials in Form von Endlosmaterial die kontinuierliche Herstellung einer gefalteten Zellstruktur mit lokaler Verstärkung. The provision of the reinforcement material in the form of continuous material advantageously enables the continuous production of a folded cell structure with local reinforcement.
Die Bereitstellung von Abschnitten des Verstärkungsmaterial ist vorteilhaft, wenn nachfolgende Prozessschritte, die das Schneiden des Verstärkungsmaterials senkrecht zur Förderrichtung der flachen Materialbahn vorsehen, eingespart werden sollen. Wird das Verstärkungsmaterial in Form von Abschnitten eines Endlosmaterials bereitgestellt, so ist es vorteilhaft, die Abschnitte beim Applizieren in Schritt f) auszurichten. The provision of sections of the reinforcement material is advantageous if subsequent process steps, which provide for the cutting of the reinforcement material perpendicular to the conveying direction of the flat material web, are to be saved. If the reinforcement material is provided in the form of sections of an endless material, it is advantageous to align the sections during application in step f).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in Form eines Fasermaterials bereitgestellt. In a further preferred embodiment, the reinforcement material is provided in the form of a fiber material.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden nach Schritt f) und vor Schritt b) in das stoffschlüssig applizierte, endlose Verstärkungsmaterial Schnitte eingebracht. In a preferred embodiment, after step f) and before step b), cuts are made in the continuously applied reinforcing material.
Vorteilhaft werden die Schnitte senkrecht zur Förderrichtung der flachen Materialbahn in das Verstärkungsmaterial, als sogenannte Querschnitte, eingebracht. Dem Fachmann sind Verfahren zum Einbringen der Querschnitte bekannt. Vorteilhaft durchtrennen die Querschnitte nur das Verstärkungsmaterial, nicht aber die mit dem Verstärkungsmaterial stoffschlüssig verbundene flache Materialbahn. Weiterhin vorteilhaft werden die Querschnitte in Bereichen des Verstärkungsmaterials eingebracht, in denen in Schritt c) eine Faltlinie zum Herstellen der gefalteten Zellstruktur erzeugt wird. The cuts are advantageously introduced into the reinforcement material, as so-called cross-sections, perpendicular to the conveying direction of the flat material web. Methods for introducing the cross-sections are known to those skilled in the art. Advantageously, the cross-sections cut through only the reinforcement material, but not the flat material web that is cohesively connected to the reinforcement material. The cross-sections are also advantageously made in regions of the reinforcement material in which a fold line for producing the folded cell structure is produced in step c).
In einer Ausführungsform werden die Schnitte in das stoffschlüssig applizierte, endlose Verstärkungsmaterial nach Schritt f) und nach Schritt b) eingebracht. In one embodiment, the cuts are made in the cohesively applied, endless reinforcing material after step f) and after step b).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung und / oder dem Einbringen von Schnittmustern vorstrukturiert. In a preferred embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation and / or the introduction of cutting patterns.
Dem Fachmann sind Verfahren zum plastischen Verformen einer flachen Materialbahn bekannt, bspw. aus US 6 726 974 B1. So kann beispielsweise die flache Materialbahn eines thermoplastischen Polymer mittels Thermoformen vorstrukturiert werden. Dabei läuft die flache Materialbahn über eine profilierte Walze und wird mittels Vakuum plastisch verformt. Es sind auch andere Verfahren möglich, die der Fachmann aus der Umformung von flachen Materialien aus Papier, Blech oder Polymer kennt. Dem Fachmann sind Verfahren zum Einbringen von Schnittmustern und spezielle Schnittmuster bekannt, um in einem nachfolgenden Faltprozess eine gefaltete Zellstruktur zu bilden. Anregung findet der Fachmann bspw. in DE 197 16 637 A1. Methods for plastic deformation of a flat material web are known to the person skilled in the art, for example from US Pat. No. 6,726,974 B1. For example, the flat material web of a thermoplastic polymer can be pre-structured by means of thermoforming. The flat material web runs over a profiled roller and is plastically deformed by means of a vacuum. Other methods known to those skilled in the art from the forming of flat materials made of paper, sheet metal or polymer are also possible. A person skilled in the art is familiar with methods for introducing cutting patterns and special cutting patterns in order to form a folded cell structure in a subsequent folding process. A person skilled in the art can find suggestions, for example, in DE 197 16 637 A1.
In einer Ausführungsform wird in Schritt b) die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung vorstrukturiert. In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt b) die flache Materiabahn durch das Einbringen von Schnittmustern vorstrukturiert. In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt b) die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung und dem Einbringen von Schnittmustern vorstrukturiert. In one embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation. In a further embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by introducing cutting patterns. In a further embodiment, in step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation and the introduction of cutting patterns.
Erfolgt die Vorstrukturierung der flachen Materialbahn mittels plastischer Verformung und dem Einbringen von Schnittmustern oder nur mittels dem Einbringen von Schnittmusters, so ist es vorteilhaft, wenn die Schnitte in die flache Materialbahn im gleichen Prozessschritt wie die Schnitte in das stoffschlüssig applizierte Verstärkungsmaterial eingebracht werden. If the pre-structuring of the flat material web takes place by means of plastic deformation and the introduction of cutting patterns or only by means of the introduction of cutting patterns, it is advantageous if the cuts are made in the flat material web in the same process step as the cuts in the materially applied reinforcement material.
In einer Ausführungsform wird die flache Materialbahn in Schritt b) derart vorstrukturiert, dass in Schritt c) eine Zellstruktur mit in Dickenrichtung beidseitig offenen Zellen gefaltet wird. In one embodiment, the flat material web is pre-structured in step b) in such a way that in step c) a cell structure with cells open on both sides in the thickness direction is folded.
In einer Ausführungsform werden die Schnitte in das Verstärkungsmaterial oder die Schnittmuster in die flache Materialbahn mittels Rotationsstanzen, Ultraschallschneiden oder Remote- Laserschneiden eingebracht. Vorteilhaft sind diese Verfahren etabliert und in ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer verstärkten, gefalteten Zellstruktur integrierbar. In one embodiment, the cuts are made in the reinforcement material or the cut patterns are made in the flat material web by means of rotary stamping, ultrasonic cutting or remote laser cutting. These processes are advantageously established and can be integrated into a continuous process for the production of a reinforced, folded cell structure.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden thermoplastische Polymere als flache Materialbahn in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet. In a preferred embodiment, thermoplastic polymers are used as a flat material web in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
In einer weiteren Ausführungsform werden Faserverbundwerkstoffe als flache Materialbahn in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet. In a further embodiment, fiber composite materials are used as a flat material web in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden thermoplastische Faserverbundwerkstoffe als Verstärkungsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet. In a preferred embodiment, thermoplastic fiber composite materials are used as reinforcing material in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures.
In einer weiteren Ausführungsform werden thermoplastische Polymere als Verstärkungsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet. Weiterhin zur Erfindung gehört eine gefaltete Zellstruktur mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung. Bevorzugt wird die gefaltete Zellstruktur in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. In a further embodiment, thermoplastic polymers are used as reinforcing material in the method according to the invention for the continuous production of folded cell structures. The invention also includes a folded cell structure with application-specific, local reinforcement. The folded cell structure is preferably produced in a method according to the invention.
Erfindungsgemäß besteht die gefaltete Zellstruktur mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung aus einer flachen Materialbahn eines faltbaren Materials und einem Verstärkungsmaterial. Dabei wird die gefaltete Zellstruktur aus einer Vielzahl von Zellen gebildet, die seitliche Zellwände aufweisen. Mindestens ein Teil der seitlichen Zellwände weist das Verstärkungsmaterial auf und mindestens ein weiterer Teil der seitlichen Zellwände weist kein Verstärkungsmaterial auf. According to the invention, the folded cell structure with application-specific, local reinforcement consists of a flat material web of a foldable material and a reinforcement material. The folded cell structure is formed from a large number of cells that have lateral cell walls. At least a part of the side cell walls has the reinforcement material and at least a further part of the side cell walls has no reinforcement material.
Mindestens ein Teil der seitlichen Zellwände im Sinne der Erfindung meint, dass mindestens eine Zellwand der seitlichen Zellwände einer jeden Zelle der Zellstruktur das Verstärkungsmaterial aufweist. Die mindestens eine Zellwand kann dabei das Verstärkungsmaterial mindestens bereichsweise aufweisen. Bereichsweise meint dabei, dass mindestens ein Bereich der mindestens einen Zellwand das Verstärkungsmaterial aufweist. Die mindestens eine Zellwand kann das Verstärkungsmaterial aber auch vollflächig aufweisen. Vollflächig meint, dass die gesamte Fläche der mindestens einen Zellwand das Verstärkungsmaterial aufweist. Benachbarte Zellen der gefalteten Zellstruktur sind über mindestens eine weitere seitliche Zellwand miteinander verbunden, wobei die mindestens eine weitere Zellwand Verstärkungsmaterial aufweist oder kein Verstärkungsmaterial aufweist. At least some of the side cell walls in the context of the invention mean that at least one cell wall of the side cell walls of each cell of the cell structure has the reinforcement material. The at least one cell wall can have the reinforcing material at least in some areas. In this context, by regions means that at least one region of the at least one cell wall has the reinforcing material. The at least one cell wall can, however, also have the reinforcement material over the entire surface. Full area means that the entire area of the at least one cell wall has the reinforcement material. Adjacent cells of the folded cell structure are connected to one another via at least one further lateral cell wall, the at least one further cell wall having reinforcing material or having no reinforcing material.
In einer Ausführungsform weist die mindestens eine Zellwand das Verstärkungsmaterial über die gesamte Höhe der Zellwand, die in Dickenrichtung der Zellstruktur verläuft, auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Zellwand das Verstärkungsmaterial über mindestens einen Teil der Breite der Zellwand auf, die mindestens eine Zellwand ist somit bereichsweise verstärkt. Die Breite der Zellwand erstreckt sich senkrecht zur Höhe der Zellwand. Es kann auch vorteilhaft sein, wenn eine Zellwand das Verstärkungsmaterial über die gesamte Breite der Zellwand hinweg aufweist, die Zellwand somit vollständig verstärkt ist. In einer weiteren Ausführungsform weist mindestens eine Seite der Zellwand das Verstärkungsmaterial auf. Eine Seite der Zellwand im Sinne der Erfindung meint die Innenseite oder die Außenseite einer Zellwand, wobei die Innenseite einer Zellwand die Seite der Zellwand ist, die zum Zelleninneren hin ausgerichtet ist. Die Außenseite einer Zellwand ist die Seite der Zellwand, über die benachbarte Zellen innerhalb der Zellstruktur miteinander verbunden sind. Eine Zellwand kann auf der Innenseite und / oder der Außenseite der Zellwand das Verstärkungsmaterial aufweisen. Weist die Zellwand das Verstärkungsmaterial auf einer Seite der Zellwand auf, auf der Innenseite oder der Außenseite, ist die Zellwand einseitig verstärkt. Eine Zellwand, die das Verstärkungsmaterial auf der Innen- und der Außenseite aufweist, ist eine beidseitig verstärkte Zellwand. In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine weitere Zellwand über die benachbarte Zellen miteinander verbunden sind, eine doppelte Zellwand. Doppelte Zellwand meint hierbei, dass während des Faltens der Zellstruktur zwei Bereiche der flachen Materialbahn aufeinandertreffen und eine doppelte Zellwand bilden. Je nachdem, ob die flache Materialbahn das Verstärkungsmaterial einseitig oder beidseitig aufweist, kann eine derartige doppelte Zellwand verschieden lagenweise aufgebaut sein. So kann eine doppelte Zellwand bspw. folgenden lagenweisen Aufbau aufweisen: eine Lage der flachen Materialbahn - zwei Lagen des Verstärkungsmaterials - eine Lage der flachen Materialbahn. Es kann sich auch folgender lagenweiser Aufbau ergeben: eine Lage Verstärkungsmaterial - zwei Lagen der flachen Materialbahn - eine Lage Verstärkungsmaterial. Möglich ist auch folgender lagenweiser Aufbau der doppelten Zellwand: eine Lage Verstärkungsmaterial - eine Lage der flachen Materialbahn - zwei Lagen Verstärkungsmaterial - eine Lage der flachen Materialbahn - eine Lage Verstärkungsmaterial. In one embodiment, the at least one cell wall has the reinforcement material over the entire height of the cell wall, which runs in the direction of the thickness of the cell structure. In a further embodiment, the at least one cell wall has the reinforcement material over at least part of the width of the cell wall, the at least one cell wall is thus reinforced in regions. The width of the cell wall extends perpendicular to the height of the cell wall. It can also be advantageous if a cell wall has the reinforcing material over the entire width of the cell wall, the cell wall is thus completely reinforced. In a further embodiment, at least one side of the cell wall has the reinforcement material. One side of the cell wall in the context of the invention means the inside or the outside of a cell wall, the inside of a cell wall being the side of the cell wall that is oriented towards the inside of the cell. The outside of a cell wall is the side of the cell wall that connects neighboring cells within the cell structure. A cell wall can have the reinforcing material on the inside and / or the outside of the cell wall. If the cell wall has the reinforcement material on one side of the cell wall, on the inside or on the outside, the cell wall is reinforced on one side. A cell wall that Having reinforcing material on the inside and the outside is a cell wall reinforced on both sides. In a further embodiment, the at least one further cell wall via which adjacent cells are connected to one another is a double cell wall. Double cell wall means that during the folding of the cell structure, two areas of the flat material web meet and form a double cell wall. Depending on whether the flat material web has the reinforcement material on one side or on both sides, such a double cell wall can be constructed in different layers. For example, a double cell wall can have the following layered structure: one layer of the flat material web - two layers of the reinforcement material - one layer of the flat material web. The following layer-by-layer structure can also result: one layer of reinforcement material - two layers of the flat material web - one layer of reinforcement material. The following layered structure of the double cell wall is also possible: one layer of reinforcement material - one layer of the flat material web - two layers of reinforcement material - one layer of the flat material web - one layer of reinforcement material.
Mindestens ein weiterer Teil der seitlichen Zellwände im Sinne der Erfindung meint, dass mindestens eine der weiteren Zellwände einer jeden Zelle der Zellstruktur kein Verstärkungsmaterial aufweist. At least one further part of the lateral cell walls in the context of the invention means that at least one of the further cell walls of each cell of the cell structure does not have any reinforcing material.
Eine derartige gefaltete Zellstruktur weist vorteilhaft eine lokale Verstärkung in Dickenrichtung der Zellstruktur auf. Vorteilhaft kann eine derartige gefaltete Zellstruktur auf den Anwendungsfall spezifisch verstärkt werden, um beispielsweise eine erhöhte mechanische Stabilität in Dickenrichtung zu erzielen. Weiterhin vorteilhaft lassen sich dadurch die strukturmechanischen Eigenschaften der Zellwände der gefalteten Zellstruktur anwendungsfallspezifisch anpassen. Eine derartige gefaltete Zellstruktur weist vorteilhaft durch die zum Teil verstärkten Zellwände ein angepasstes Verformungsverhalten auf. Such a folded cell structure advantageously has a local reinforcement in the thickness direction of the cell structure. Such a folded cell structure can advantageously be specifically reinforced for the application in order, for example, to achieve increased mechanical stability in the thickness direction. Furthermore, the structural mechanical properties of the cell walls of the folded cell structure can thereby advantageously be adapted to the specific application. Such a folded cell structure advantageously has an adapted deformation behavior due to the partially reinforced cell walls.
Neben der Einstellung der strukturmechanischen Eigenschaften der Zellstruktur, können je nach Wahl des Verstärkungsmaterials auch die funktionellen Eigenschaften der Zellstruktur vorteilhaft angepasst werden. So lassen sich bspw. eine erhöhte elektrische oder thermische Leitfähigkeit oder optische Eigenschaften entlang der Dickenrichtung der Zellstruktur einstellen. In addition to setting the structural mechanical properties of the cell structure, the functional properties of the cell structure can also be advantageously adapted depending on the choice of reinforcement material. For example, increased electrical or thermal conductivity or optical properties can be set along the thickness direction of the cell structure.
Die flache Materialbahn kann jegliches, dem Fachmann bekanntes, zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur geeignetes Material umfassen. Bevorzugt ist die flache Materialbahn ein thermoplastisches Polymer. The flat material web can comprise any material known to the person skilled in the art that is suitable for producing a folded cell structure. The flat material web is preferably a thermoplastic polymer.
Das Verstärkungsmaterial kann jegliches zur Verstärkung der flachen Materialbahn geeignetes Material sein. Bevorzugt ist das Verstärkungsmaterial ein Faserverbundwerkstoff, besonders bevorzugt ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff. Weiterhin bevorzugt ist das Verstärkungsmaterial ein Fasermaterial. The reinforcement material can be any material suitable for reinforcing the flat material web. The reinforcement material is preferably a fiber composite material, in particular preferably a thermoplastic fiber composite material. The reinforcing material is also preferably a fiber material.
In einer Ausführungsform wird die erfindungsgemäße gefaltete Zellstruktur als Kernmaterial in Sandwichelementen verwendet. In one embodiment, the folded cell structure according to the invention is used as core material in sandwich elements.
Ebenfalls zur Erfindung gehört eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstrukturen. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung mindestens eine Zuführeinrichtung für eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials, mindestens eine Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen Materialbahn und eine Einrichtung zum Falten der flachen Materialbahn auf. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zusätzlich mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Verstärkungsmaterial, mindestens eine Einrichtung zum Vorbereiten des Verstärkungsmaterials und / oder der flachen Materialbahn auf das stoffschlüssige Applizieren des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn und mindestens eine Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren des Verstärkungsmaterial auf die flache Materialbahn auf. The invention also includes a device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure. According to the invention, the device has at least one feed device for a flat material web of a foldable material, at least one device for pre-structuring the flat material web and a device for folding the flat material web. According to the invention, the device additionally has at least one feed device for a reinforcement material, at least one device for preparing the reinforcement material and / or the flat material web for the material application of the reinforcement material to the flat material web and at least one device for material application of the reinforcement material to the flat material web.
Zuführeinrichtungen für flache Materialbahnen sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Je nach Art der flachen Materialbahn umfasst eine Zuführeinrichtung für flache Materialbahnen üblicherweise eine Abspuleinheit, eine Einheit zur Regulierung der Spannung der flachen Materialbahn und eine Fördereinheit, die die flache Materialbahn in Förderrichtung fördert. Feed devices for flat material webs are sufficiently known to the person skilled in the art. Depending on the type of flat material web, a feed device for flat material webs usually comprises an unwinding unit, a unit for regulating the tension of the flat material web and a conveying unit which conveys the flat material web in the conveying direction.
Einrichtungen zum Vorstrukturieren einer flachen Materialbahn und zum Falten flacher Materialbahnen sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Je nachdem, ob das Vorstrukturieren mittels plastischer Verformung und / oder mittels dem Einbringen von Schnittmustern erfolgt, kennt der Fachmann geeignete Einrichtungen, wie bspw. strukturierte und beheizte Walzen, Einrichtungen zum Rotationsstanzen, Ultraschallschneiden oder Remote- Laserschneiden. Anregung findet der Fachmann bspw. in WO 00 32382 A1 , WO 97 / 03816 A1 , DE 196 06 195 A1. In einer Ausführungsform ist die Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen Materialbahn geeignet, um Schnitte in die flache Materialbahn und in das Verstärkungsmaterial einzubringen, wobei die Schnitte in das stoffschlüssig applizierte Verstärkungsmaterial eingebracht werden, ohne die flache Materialbahn zu durchtrennen. Devices for pre-structuring a flat material web and for folding flat material webs are known to the person skilled in the art from the prior art. Depending on whether the pre-structuring takes place by means of plastic deformation and / or by means of the introduction of cutting patterns, the person skilled in the art knows suitable devices, such as structured and heated rollers, devices for rotary punching, ultrasonic cutting or remote laser cutting. The person skilled in the art can find suggestions, for example, in WO 00 32382 A1, WO 97/03816 A1, DE 196 06 195 A1. In one embodiment, the device for pre-structuring the flat material web is suitable for making cuts in the flat material web and in the reinforcement material, the cuts being made in the materially applied reinforcement material without severing the flat material web.
Zuführeinrichtungen für das Verstärkungsmaterial sind prinzipiell dem Fachmann bekannte Zuführeinrichtung, die auch zum Zuführen der flachen Materialbahn geeignet sind, die aber zusätzlich zu dieser in der Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstrukturen umfasst sind. Vorteilhaft umfasst die Zuführeinrichtung für das Verstärkungsmaterial ein Spulengatter, so dass gleichzeitig mehrere Verstärkungsmaterialien zugeführt werden. Feed devices for the reinforcement material are feed devices known in principle to those skilled in the art, which are also suitable for feeding the flat material web, but which are also included in the device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure. Advantageous the feed device for the reinforcement material comprises a creel, so that a plurality of reinforcement materials are fed in at the same time.
Einrichtungen zum Vorbereiten des Verstärkungsmaterials und / oder der flachen Materialbahn auf das stoffschlüssige Applizieren des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn sind dem Fachmann bekannt und umfassen bspw. Einheiten zum Aufträgen von Klebstoff oder Lösungsmittel auf das Verstärkungsmaterial und / oder die flache Materialbahn oder Einheiten zum Erwärmen des Verstärkungsmaterials und / oder der flachen Materialbahn. Vorteilhaft können die Einrichtungen zum Vorbereiten des Verstärkungsmaterials und/ oder der flachen Materialbahn in die Zuführeinrichtungen der flachen Materialbahn und / oder des Verstärkungsmaterials integriert sein. Devices for preparing the reinforcement material and / or the flat material web for the cohesive application of the reinforcement material to the flat material web are known to the person skilled in the art and include, for example, units for applying adhesive or solvent to the reinforcing material and / or the flat material web or units for heating the Reinforcing material and / or the flat sheet of material. The devices for preparing the reinforcement material and / or the flat material web can advantageously be integrated into the feed devices of the flat material web and / or the reinforcement material.
Einrichtungen zum stoffschlüssigen Applizieren des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn sind dem Fachmann bekannt und geeignet das zugeführte Verstärkungsmaterial mit der flachen Materialbahn in Kontakt zu bringen und / oder auf der flachen Materialbahn abzulegen, bspw. Einrichtungen zum Führen des Verstärkungsmaterials oder zum kontinuierlichen Ablegen von Abschnitten eines endlosen Faserverbundwerkstoffs auf der flachen Materialbahn. Vorteilhaft umfasst die Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren des Verstärkungsmaterial zusätzlich eine Einheit zum Verfestigen der stoffschlüssigen Verbindung, wie bspw. Walzen, mit denen Druck auf die flache Materialbahn und das applizierte Verstärkungsmaterial ausgeübt wird oder Einheiten zum Bestrahlen bspw. mit UV-Licht. Devices for integrally applying the reinforcement material to the flat material web are known to the person skilled in the art and are suitable for bringing the supplied reinforcing material into contact with the flat material web and / or placing it on the flat material web, e.g. devices for guiding the reinforcing material or for continuously placing sections of a endless fiber composite material on the flat material web. Advantageously, the device for cohesive application of the reinforcement material additionally comprises a unit for solidifying the cohesive connection, such as, for example, rollers with which pressure is exerted on the flat material web and the applied reinforcement material, or units for irradiation, for example with UV light.
Weiterhin vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, die das Zusammenwirken der einzelnen Einrichtungen steuert. The device also advantageously has a control unit which controls the interaction of the individual devices.
In einer Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur mit lokaler Verstärkung verwendet. In one embodiment, the device according to the invention is used in a continuous process for producing a folded cell structure with local reinforcement.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleich wirkenden Ausführungsformen. Ferner ist die Erfindung auch nicht auf die speziell beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein, sofern sich die Einzelmerkmale nicht gegenseitig ausschließen, oder eine spezifische Kombination von Einzelmerkmalen nicht explizit ausgeschlossen ist. The invention is not limited to the illustrated and described embodiments, but also includes all embodiments that have the same effect in the sense of the invention. Furthermore, the invention is not limited to the specially described combinations of features, but can also be defined by any other combination of specific features of all the individual features disclosed, provided the individual features are not mutually exclusive, or a specific combination of individual features is not explicitly excluded.
Fig. 1 zeigt schematisch die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsmäßen Verfahrens Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen gefalteten Zellstruktur 1 shows schematically the individual method steps of the method according to the invention. FIG. 2 schematically shows a device for carrying out the method according to the invention. FIG. 3 shows schematically a section of a folded cell structure according to the invention
Ausführungsbeispiele Embodiments
Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. The invention will be explained in more detail below on the basis of a few exemplary embodiments and associated figures. The exemplary embodiments are intended to describe the invention without restricting it.
In Fig. 1 sind die Verfahrensschritte einer Ausführungsform des erfindungsmäßen Verfahrens dargestellt. In Schritt a) wird eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials bereitgestellt. Nachfolgend wird in Schritt d) ein Verstärkungsmaterial bereitgestellt und im nachfolgenden Schritt e) das Verstärkungsmaterial und / oder die flache Materialbahn auf das stoffschlüssige Applizieren vorbereitet. In Schritt f) erfolgt das stoffschlüssige Applizieren des Verstärkungsmaterials in mindestens einem Bereich auf mindestens einer Seite der flachen Materialbahn. Nachfolgend wird in Schritt b) die flache Materialbahn vorstrukturiert und abschließend in Schritt c) die flache Materialbahn mit dem applizierten Verstärkungsmaterial zu einer Zellstruktur gefaltet. Ein zusätzlicher Prozessschritt zum Einbringen von Schnitten in das Verstärkungsmaterial erfolgt nach Schritt f) und vor Schritt b) oder nach Schritt b). In Fig. 1 the process steps of an embodiment of the inventive method are shown. In step a) a flat material web of a foldable material is provided. Subsequently, in step d) a reinforcement material is provided and in the subsequent step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the cohesive application. In step f) the cohesive application of the reinforcement material takes place in at least one area on at least one side of the flat material web. Subsequently, in step b) the flat material web is pre-structured and finally in step c) the flat material web with the applied reinforcement material is folded into a cell structure. An additional process step for making cuts in the reinforcement material takes place after step f) and before step b) or after step b).
Entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Schema des Verfahrens wird in einer konkreten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Schritt a) eineflache Materialbahn eines thermoplastischen Polymers - Polypropylen - bereitgestellt. In Schritt d) wird ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff als Verstärkungsmaterial bereitgestellt. Der thermoplastische Faserverbundwerkstoff ist ein vollständig imprägniertes, thermoplastisches Band als Endlosmaterial. Innerhalb des thermoplastischen Bandes liegen die Kohlenstoff- Fasern in unidirektionaler Form vor und sind vollständig von einer thermoplastischen Polypropylen-Matrix umschlossen. In Schritt e) werden das thermoplastische Band und das thermoplastische Polymer für das stoffschlüssige Applizieren vorbereitet, indem das thermoplastische Band und das thermoplastische Polymer derart erwärmt werden, dass der Thermoplast erweicht. In Schritt f) wird das thermoplastische Band auf der Oberseite des thermoplastischen Polymers in mehreren zueinander parallelen streifenförmigen Bereichen stoffschlüssig appliziert, wobei sich die streifenförmigen Bereiche entlang der Förderrichtung der flachen Materialbahn erslrecken. Um die stoffschlüssige Verbindung zu festigen, wird in einem zusätzlichen Prozessschritt Druck auf das thermoplastische Polymer und das thermoplastische Band aufgebracht. Nachfolgend werden Schnitte quer zur Förderrichtung in das Verstärkungsmaterial, das thermoplastische Band, eingebracht ohne die flache Materialbahn zu durchtrennen. Anschließend wird in Schritt b) die flache Materialbahn mittels thermisch unterstützter plastischer Verformung und dem Einbringen von Schnittmustern vorstrukturiert. Dazu läuft die Materialbahn über eine strukturierte, beheizte Walze und es werden Schnitte in die flache Materialbahn eingebracht Abschließend wird in Schritt c) die vorstrukturierte Materialbahn zu einer Wabenstruktur gefaltet. According to the scheme of the method shown in FIG. 1, in a specific embodiment of the method according to the invention in step a) a flat material web of a thermoplastic polymer - polypropylene - is provided. In step d) a thermoplastic fiber composite material is provided as reinforcement material. The thermoplastic fiber composite material is a completely impregnated, thermoplastic tape as an endless material. Within the thermoplastic tape, the carbon fibers are in unidirectional form and are completely enclosed by a thermoplastic polypropylene matrix. In step e) the thermoplastic tape and the thermoplastic polymer are prepared for the cohesive application in that the thermoplastic tape and the thermoplastic polymer are heated in such a way that the thermoplastic softens. In step f) the thermoplastic tape is applied cohesively to the top of the thermoplastic polymer in several parallel strip-shaped areas, the strip-shaped areas extending along the conveying direction of the flat material web. In order to strengthen the material connection, pressure is applied to the thermoplastic polymer and the thermoplastic tape in an additional process step. Subsequently, cuts are made transversely to the conveying direction in the reinforcement material, the thermoplastic tape, without severing the flat material web. Then in step b) the flat material web pre-structured by means of thermally assisted plastic deformation and the introduction of cutting patterns. For this purpose, the material web runs over a structured, heated roller and cuts are made in the flat material web. Finally, in step c), the pre-structured material web is folded into a honeycomb structure.
In Fig. 2 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstruktur gezeigt. Die Vorrichtung 1 weist eine Zuführeinrichtung für eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials auf, bspw. eine Abspuleinheit 2. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 mindestens eine Zuführeinrichtung für das Verstärkungsmaterial 3. Fig. 2 zeigt jeweils mehrere Zuführeinrichtungen für das Verstärkungsmaterial, bspw. Abspuleinheiten, die das Verstärkungsmaterial der Oberseite und der Unterseite der flachen Materialbahn zuführen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 mindestens eine Einrichtung zum Vorbereiten der flachen Materialbahn und des Verstärkungsmaterial, die jeweils in die Zuführeinrichtungen 2, 3 integriert sind und bspw. als beheizte Walzen ausgebildet sind, um die flache Materialbahn und das Verstärkungsmaterial zu erwärmen. Die Vorrichtung 1 weist weiterhin mindestens eine Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren 4 des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn auf, die vorteilhaft eine Einheit zum Verfestigen der stoffschlüssigen Verbindung aufweist, bspw. beidseitig der flachen Materialbahn angeordnete Anpresswalzen. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 1 mindestens eine Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen Materialbahn 5. Dabei ist eine Einrichtung zum Vorstrukturieren 5 derart ausgebildet, Schnittmuster einzubringen 50, bspw. ein in Förderrichtung und senkrecht zur Förderrichtung verfahrbarer Laserschneidkopf. Der Laserschneidkopf 50 ist ebenfalls geeignet, Schnitte in das stoffschlüssig applizierte Verstärkungsmaterial einzubringen ohne die flache Materialbahn zu durchtrennen. Mindestens eine weitere Einrichtung zum Vorstrukturieren 5 ist derart ausgebildet, die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung vorzustrukturieren 51 , bspw. eine beheizte profilierte Walzen. Die Vorstrukturierung mittels plastischer Verformung kann wie in Fig. 2 gezeigt mehrstufig erfolgen. Nachfolgend wird die vorstrukturierte flache Materialbahn mittels einer nicht gezeigten Einrichtung zum Falten zu einer Zellstruktur 6 gefaltet. A device 1 according to the invention for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure is shown schematically in FIG. The device 1 has a feed device for a flat material web of a foldable material, for example an unwinding unit 2. Furthermore, the device 1 comprises at least one feed device for the reinforcing material 3. FIG. 2 shows several feed devices for the reinforcing material, for example unwinding units, which feed the reinforcement material to the top and bottom of the flat sheet of material. Furthermore, the device 1 comprises at least one device for preparing the flat material web and the reinforcement material, which are each integrated into the feed devices 2, 3 and are designed, for example, as heated rollers in order to heat the flat material web and the reinforcement material. The device 1 also has at least one device for cohesively applying 4 of the reinforcement material to the flat material web, which advantageously has a unit for solidifying the cohesive connection, for example pressure rollers arranged on both sides of the flat material web. Furthermore, the device 1 comprises at least one device for pre-structuring the flat material web 5. A device for pre-structuring 5 is designed to introduce cutting patterns 50, for example a laser cutting head that can be moved in the conveying direction and perpendicular to the conveying direction. The laser cutting head 50 is also suitable for making cuts in the reinforcing material applied in a cohesive manner without severing the flat material web. At least one further device for pre-structuring 5 is designed such that the flat material web is pre-structured 51 by means of plastic deformation, for example a heated profiled roller. The pre-structuring by means of plastic deformation can take place in several stages, as shown in FIG. 2. The pre-structured flat material web is then folded into a cell structure 6 by means of a folding device (not shown).
Fig. 3 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen gefalteten Zellstruktur 6. Die gefaltete Zellstruktur 6 wird aus einer Vielzahl von Zellen 7 gebildet, Jede der Zellen 7 weist seitliche Zellwände 8 auf. Mindestens ein Teil der seitlichen Zellwände einer Zelle weist ein Verstärkungsmaterial auf 80 und mindestens ein weiterer Teil der seitlichen Zellwände weist kein Verstärkungsmaterial auf 81. Benachbarte Zellen 7 sind über mindestens eine Zellwand miteinander verbunden 82. Die Zellwände, über die benachbarte Zellen miteinander verbunden sind 82, sind als doppelte Zellwände ausgebildet. Bezugszeichen 3 schematically shows a section of a folded cell structure 6 according to the invention. The folded cell structure 6 is formed from a multiplicity of cells 7. Each of the cells 7 has lateral cell walls 8. At least some of the side cell walls of a cell have a reinforcing material 80 and at least another part of the side cell walls have no reinforcing material 81. Adjacent cells 7 are connected to one another via at least one cell wall 82. The cell walls via which neighboring cells are connected to one another 82 , are designed as double cell walls. Reference number
1 Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstruktur1 device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure
2 Zuführeinrichtung für eine flache Materialbahn eines faltbaren 2 feeding device for a flat material web of a foldable
Materials Materials
3 mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Verstärkungsmaterial 3 at least one feed device for a reinforcement material
4 mindestens eine Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren des 4 at least one device for cohesive application of the
Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn Reinforcement material on the flat sheet of material
5 mindestens eine Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen 5 at least one device for pre-structuring the flat
Materialbahn Material web
50 Einrichtung zum Vorstrukturieren mittels dem Einbringen von 50 Device for pre-structuring by introducing
Schnittmustern Sewing patterns
51 Einrichtung zum Vorstrukturieren mittels plastischer Verformung 51 Device for pre-structuring by means of plastic deformation
6 Gefaltete Zellstruktur 6 Folded cell structure
7 Zelle 7 cell
8 seitliche Zellwand 8 lateral cell wall
80 Zellwand mit Verstärkungsmaterial 80 cell wall with reinforcement material
81 Zellwand ohne Verstärkungsmaterial 81 cell wall without reinforcement material
82 Zellwand, über die benachbarte Zellen miteinander verbunden sind 82 Cell wall through which neighboring cells are connected

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung, umfassend mindestens die Schritte 1. A method for the continuous production of folded cell structures with application-specific, local reinforcement, comprising at least the steps
a) Bereitstellen einer flachen Materialbahn eines faltbaren Materials, a) providing a flat material web of a foldable material,
b) Vorstrukturieren der flachen Materialbahn, b) pre-structuring the flat material web,
c) Falten der vorstrukturierten flachen Materialbahn, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) ein Verstärkungsmaterial bereitgestellt, in Schritt e) das Verstärkungsmaterial und / oder die flache Materialbahn für das anschließende, stoffschlüssige Applizieren vorbereitet, c) folding the pre-structured flat material web, characterized in that in step d) a reinforcement material is provided, in step e) the reinforcement material and / or the flat material web is prepared for the subsequent, cohesive application,
und in Schritt f) das Verstärkungsmaterial in mindestens einem Bereich auf mindestens einer Seite der bereitgestellten flachen Materialbahn stoffschlüssig appliziert wird, and in step f) the reinforcement material is applied cohesively in at least one area on at least one side of the flat material web provided,
und die Schritte d), e) und f) nach Schritt a) durchgeführt werden. and steps d), e) and f) are carried out after step a).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bereich, indem das Verstärkungsmaterial stoffschlüssig appliziert wird, nach dem Falten in Schritt e) eine seitliche Zellwand der gefalteten Zellstruktur bildet. 2. The method according to claim 1, characterized in that the at least one area in which the reinforcing material is applied cohesively forms a lateral cell wall of the folded cell structure after folding in step e).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die flache Materialbahn in Form eines thermoplastisches Polymer bereitgestellt wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the flat material web is provided in the form of a thermoplastic polymer.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial in Form eines Faserverbundwerkstoffs bereitgestellt wird, bevorzugt in Form eines endlosen Faserverbundwerkstoffs oder als Abschnitte eines endlosen Faserverbundwerkstoffs. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the reinforcement material is provided in the form of a fiber composite material, preferably in the form of an endless fiber composite material or as sections of an endless fiber composite material.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt f) und vor Schritt b) in das stoffschlüssig applizierte, endlose Verstärkungsmaterial Schnitte eingebracht werden. 5. The method according to claim 4, characterized in that after step f) and before step b) cuts are made in the cohesively applied, endless reinforcing material.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung und / oder dem Einbringen eines Schnittmusters vorstrukturiert wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that in step b) the flat material web is pre-structured by means of plastic deformation and / or the introduction of a cutting pattern.
7. Verwendung von thermoplastischen Polymeren als flache Materialbahn in einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 6. 7. Use of thermoplastic polymers as a flat material web in a method according to claims 1 to 6.
8. Verwendung von thermoplastische Faserverbundwerkstoffe als Verstärkungsmaterial in einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 6. 8. Use of thermoplastic fiber composite materials as reinforcement material in a method according to claims 1 to 6.
9. Gefaltete Zellstruktur mit anwendungsspezifisch, lokaler Verstärkung, aus einer flachen Materialbahn eines faltbaren Material und einem Verstärkungsmaterial, 9. Folded cell structure with application-specific, local reinforcement, made of a flat sheet of a foldable material and a reinforcement material,
gebildet aus einer Vielzahl von Zellen, formed from a multitude of cells,
wobei die Zellen seitliche Zellwände aufweisen, where the cells have lateral cell walls,
und mindestens ein Teil der seitlichen Zellwände das Verstärkungsmaterial, and at least part of the side cell walls the reinforcement material,
und mindestens ein weiterer Teil der seitlichen Zellwände kein Verstärkungsmaterial aufweist. and at least a further part of the side cell walls has no reinforcement material.
10. Gefaltete Zellstruktur nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das faltbare Material thermoplastische Polymere umfasst. 10. Folded cell structure according to claim 9, characterized in that the foldable material comprises thermoplastic polymers.
11. Gefaltete Zellstruktur nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsmaterial Faserverbundwerkstoffe umfasst. 11. Folded cell structure according to claim 9 or 10, characterized in that the reinforcing material comprises fiber composite materials.
12. Gefaltete Zellstruktur nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff ein thermoplastischer Faserverbundwerkstoff ist. 12. Folded cell structure according to one of claims 9 to 11, characterized in that the fiber composite material is a thermoplastic fiber composite material.
13. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstrukturen, aufweisend 13. Device for the continuous production of an application-specific, locally reinforced, folded cell structure, having
• eine Zuführeinrichtung für eine flache Materialbahn eines faltbaren Materials, • a feeding device for a flat sheet of foldable material,
• mindestens eine Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen Materialbahn,• at least one device for pre-structuring the flat material web,
• eine Einrichtung zum Falten der flachen Materialbahn, • a device for folding the flat material web,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zusätzlich characterized in that the device additionally
• mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Verstärkungsmaterial, und • at least one feed device for a reinforcement material, and
• mindestens eine Einrichtung zum Vorbreiten des Verstärkungsmaterials und / oder der flachen Materialbahn auf das stoffschlüssige Applizieren des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn, und • at least one device for preparing the reinforcement material and / or the flat material web for the material application of the reinforcement material to the flat material web, and
• mindestens eine Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren des Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn • At least one device for cohesively applying the reinforcement material to the flat material web
aufweist. having.
14. Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 13 in einem Verfahren zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur mit lokaler Verstärkung. 14. Use of a device according to claim 13 in a method for producing a folded cell structure with local reinforcement.
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