DE102005052691B3

DE102005052691B3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102005052691B3
Application number: DE200510052691
Authority: DE
Inventors: Gerhard Kopp
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2005-10-28
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-10-29

Abstract

Um ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur zur Verfügung zu stellen, welches auf einfache Weise durchzuführen ist, wird vorgeschlagen, dass profilierte Materialstreifen mit einer Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, bereitgestellt werden, und unter Ausbildung der Wabenstruktur mit der vorgesehenen Höhe der Waben verbunden werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Herstellung einer Wabenstruktur.
Wabenstrukturen kommen als Bestandteil von Konstruktionselementen in verschiedenen Industriezweigen zum Einsatz. Sowohl in der Luft- und Raumfahrttechnik als auch in der Automobilindustrie wird seit längerem auf derartige Materialien zurückgegriffen. Beispielsweise werden Wabenstrukturen in Verbundmaterialien eingesetzt, d. h. als Kernelement in einer Sandwichstruktur zwischen durchgängigen Decklagen.
Konstruktionselemente mit Wabenstrukturen weisen ein niedriges spezifisches Gewicht auf und verfügen gleichzeitig, bedingt durch die senkrecht zur Materialebene verlaufenden Zellwände, über eine äußerst hohe Stabilität, insbesondere auch über hohe Druckfestigkeiten senkrecht zur Materialebene.
Je nach Anwendungsgebiet werden Wabenstrukturen aus verschiedensten Materialien hergestellt. Es kommen sowohl Metalle (z. B. Aluminium, Stahl oder Titan) als auch Kunststoffmaterialien zum Einsatz. Auch Wabenstrukturen aus Papier oder Pappe spielen eine wichtige Rolle, z. B. können stabile Strukturen aus einem mit Kunstharz getränkten Papier hergestellt werden.

Ein gängiges Herstellungsverfahren für die oben beschriebenen Wabenstrukturen ist das sogenannte Profilierverfahren (siehe z. B. Tom Bitzer: Honeycomb Technology, S. 11-14, Chapman and Hall, 1997). Ausgangspunkt dieses Verfahrens ist eine ebene Materialbahn, z. B. ein Metallblech oder eine entsprechend vorbehandelte Papier- oder Pappebahn, die mittels Profilwalzen mit einem periodischen Profil versehen wird. Von dem profilierten Material werden dann einzelne Stücke abgelängt und diese so übereinandergeschichtet, daß ein Block mit einer Wabenstruktur entsteht. Um schließlich eine Wabenstruktur zu erhalten, wie sie insbesondere zur Herstellung von Verbundplatten benötigt wird, wird in einem abschließenden Schritt von dem Wabenblock eine Scheibe mit der gewünschten Höhe der Waben, d. h. Dicke des Materials, abgeschnitten bzw. abgesägt.

Ein derartiges Profilierverfahren zur Herstellung von Wabenmaterial aus Bahnen eines prägefähigen Materials ist beispielsweise in der DE 195 35 602 A1 offenbart. Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens werden eine Vielzahl nebeneinander angeordneter, schmaler Materialbahnen gleichzeitig verarbeitet, so daß bei dem Prozeß Wabenblöcke einer Höhe entstehen, die gleich der Breite der Materialbahnen ist und die gleichzeitig die Höhe des Fertigprodukts, z.B. einer Palettenplatte, ist.

Die Offenlegungsschrift DE 2 239 636 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Kernkörpers aus Papier, bei dem eine einseitig gewellte Faserstoffplatte in gleichen Abständen in Längsrichtung in mehrere schmale Streifen geschnitten wird und anschließend auf die oberen Oberflächen der gewellten Teile der Streifen Klebstoff aufgetragen wird. Die Streifen werden dann um einen im wesentlichen rechten Winkel um ihre Längsachse verdreht und so zusammengelegt und miteinander verbunden, daß der gewellte Teil eines jeden Streifens auf der glatten Rückseite des benachbarten Streifens zum Anliegen kommt.

Eine weitere Methode zur Herstellung von Wabenstrukturen, insbesondere aus Papier, ist das sogenannte Expansionsverfahren, wie es beispielsweise in der DE 198 45 991 A1 beschrieben ist. Dort werden Papierbögen mit einer Mehrzahl von Klebstoffstreifen versehen, übereinander gelegt und mittels der Klebstoffstreifen zu einem ebenen, geschichteten Material aneinander festgelegt. Die Wabenstruktur entsteht beim Auseinanderziehen der miteinander verbundenen Papierbögen senkrecht zur Materialebene.

Ein Nachteil der vorstehend beschriebenen Verfahren liegt darin, daß ausschließlich Wabenstrukturen mit einer konstanten Höhe der Waben, das heißt einer konstanten Dicke des Materials, hergestellt werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur zur Verfügung zu stellen, welches auf einfache Weise durchzuführen ist und bei welchem die Wabenstruktur eine variable Höhe der Waben aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß profilierte Materialstreifen mit einer Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, bereitgestellt werden und unter Ausbildung der Wabenstruktur mit der vorgesehenen Höhe der Waben verbunden werden, wobei Materialstreifen mit unterschiedlichen Breiten und/oder Materialstreifen mit einer über deren Länge variierenden Breite bereitgestellt und miteinander verbunden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die herzustellende Wabenstruktur unmittelbar mit der vorgesehenen, d.h. endgültigen Höhe der Waben erhalten, ohne daß ein nachfolgender Arbeitsschritt, bei dem die Wabenstruktur geschnitten oder gesägt wird, erforderlich ist.

Die Höhe der Waben ist dabei die Abmessung der Wabenstruktur in der Raumrichtung, in der sich die Waben (d.h. Zellen) erstrecken. Diese Raumrichtung entspricht der Breitenrichtung der verbundenen Materialstreifen und kann auch als Zellhöhe oder als die Höhe der Wabenstruktur bezeichnet werden. Die Höhe der Waben ist bei der erfindungsgemäß hergestellten Wabenstruktur variabel, worauf noch im einzelnen eingegangen wird.

Die Abmessungen der Wabenstruktur in den anderen Raumrichtungen ergeben sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einerseits aus der Länge der Materialstreifen, d.h. deren Abmessung senkrecht zur Breite, und andererseits aus der Anzahl der miteinander verbundenen Materialstreifen. Diese Abmessungen können im Rahmen der Erfindung konstant oder variabel sein.

Bevorzugt umfaßt das Bereitstellen von Materialstreifen ein Ablängen von Materialstreifen. Auf diese Weise können Materialstreifen mit der jeweils vorgesehenen Länge auf einfache Weise aus einem längeren Materialstreifen hergestellt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Materialstreifen von mindestens einem kontinuierlichen Materialstreifen abgelängt werden. Unter einem kontinuierlichen Materialstreifen ist dabei ein Materialstreifen zu verstehen, von dem eine Mehrzahl von einzelnen Materialstreifen mit einer jeweils vorgebbaren Länge, bevorzugt innerhalb eines automatisierbaren Verfahrens, abgelängt werden können.

Das Bereitstellen von profilierten Materialstreifen umfaßt vorzugsweise ein Profilieren mindestens eines Materialstreifens, so daß dieser in seiner Längsrichtung ein Profil aufweist. Unter der Längsrichtung ist dabei die Abmessung des Materialstreifens senkrecht zur Breitenrichtung zu verstehen. Die Form des Profils bestimmt die Gestalt der Waben der hergestellten Wabenstruktur, da die einzelnen Waben jeweils durch die sich gegenüberliegenden Profilbereiche benachbarter Materialstreifen gebildet werden.

Die Verfahrensschritte des Profilierens und Ablängens von Materialstreifen können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Entscheidend ist jedoch, daß die Materialstreifen bereits vor dem Verbinden zu einer Wabenstruktur erfindungsgemäß mit der jeweils vorgesehenen Breite bereitgestellt werden. Durch diese Maßnahme muß eine Wabenstruktur mit der vorgesehenen Höhe nicht erst in einem zusätzlichen Arbeitsschritt von einem größeren Block abgeschnitten oder abgesägt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit den Vorteil auf, daß sämtliche Verfahrensschritte kontinuierlich durchgeführt werden können und eine Automatisierung des gesamten Verfahrens wesentlich einfacher vorgenommen werden kann als bei den Profilierverfahren des Standes der Technik. Dies führt nicht zuletzt auch zu einer Kostenersparnis.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Wabenstrukturen mit einer variablen Höhe der Waben zu erzeugen, indem Materialstreifen mit variabler Breite bereitgestellt werden. Solche Wabenstrukturen sind mit den bekannten Verfahren nicht oder nur sehr schwer herzustellen.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können ein oder mehrere Materialstreifen mit der vorgesehenen unterschiedlichen und/oder variablen Breite bereits vorgefertigt zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise umfaßt jedoch das Bereitstellen von Materialstreifen mit einer Breite, die der vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, ein Zuschneiden mindestens eines Materialstreifens auf die entsprechende Breite. Der mindestens eine Materialstreifen wird dabei von einer Ausgangsbreite auf eine Endbreite zugeschnitten, wobei die Endbreite konstant oder variabel sein kann und der jeweils vorgesehenen Wabenhöhe entspricht. Auf diese Weise können Wabenstrukturen mit unterschiedlichen und/oder variablen Höhen sehr flexibel und innerhalb eines kontinuierlichen Arbeitsablaufs erzeugt werden.

Auch bezüglich des Zuschneidens des mindestens einen Materialstreifens ist die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte flexibel. Insbesondere kann das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens sowohl vor als auch nach dem Profilieren erfolgen.

Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird mindestens ein kontinuierlicher Materialstreifen so zugeschnitten, daß die Breite der hiervon abgelängten Materialstreifen über deren Länge variiert. Beim Verbinden dieser Materialstreifen entsteht eine Wabenstruktur mit einer variablen Höhe der Waben, z. B. eine Wabenstruktur mit einem ansteigenden oder abfallenden Höhenprofil.

Alternativ oder zusätzlich können auch Materialstreifen mit unterschiedlichen Breiten miteinander verbunden werden. Auch dies führt zu Wabenstrukturen mit variabler Höhe. Werden verschiedene Materialstreifen mit jeweils unterschiedlich variierender Breite miteinander verbunden, entsteht eine Wabenstruktur mit einem vorgebbaren dreidimensionalen Höhenprofil, d. h. mit einer variablen Höhe entlang beider Richtungen der durch die Öffnungen der Waben definierten Oberfläche. Solche Wabenstrukturen, die mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik nicht herstellbar sind, können beispielsweise zur Herstellung individuell geformter Konstruktionselemente eingesetzt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Materialstreifen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften miteinander verbunden. Dadurch können Wabenstrukturen mit variablen Materialeigenschaften hergestellt werden, d. h. anisotrope Materialien. Beispielsweise können verschiedene Materialstreifen mit einer unterschiedlichen Materialstärke eingesetzt werden, was zu unterschiedlichen Steifigkeiten der Wabenstruktur in verschiedenen Bereichen des Materials führt. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer variablen Dimensionierung des Profils, wodurch unterschiedliche Durchmesser der Waben in verschiedenen Bereichen der Wabenstruktur realisiert werden können.

Bei dem Profil in Längsrichtung der Materialstreifen handelt es sich bevorzugt um ein periodisches Profil. Dies führt beim Verbinden der Materialstreifen zu Wabenstrukturen mit regelmäßigen, d.h. gleichförmigen Waben.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das periodische Profil ein Trapezprofil. Materialstreifen mit einem derartigen Trapezprofil können so verbunden werden, daß eine Wabenstruktur mit einem regelmäßigen hexagonalen Querschnitt der Waben erhalten wird.

Vorteilhaft erfolgt das Profilieren des mindestens einen Materialstreifens mittels Profilwalzen. Dabei kommen bevorzugt zwei Profilwalzen mit ineinandergreifenden Vorsprüngen entlang ihres Umfangs zum Einsatz, zwischen denen der Materialstreifen hindurchgeführt wird.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Materialstreifen vor dem Verbinden mit Bohrungen oder Durchbrüchen versehen. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, um eine Belüftung der einzelnen Waben bei Verwendung der Wabenstruktur innerhalb eines Sandwichmaterials zu ermöglichen. Bevorzugt werden die Bohrungen oder Durchbrüche bereits vor dem Profilieren des mindestens einen Materialstreifens erzeugt. Um eine Belüftung sämtlicher Waben der hergestellten Wabenstruktur sicherzustellen, ist es ausreichend, eine einzelne Reihe von Bohrungen oder Durchbrüchen in Längsrichtung des Materialstreifens in den jeweiligen Abständen des Profils vorzusehen.

Das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mechanisch. Dies erfolgt insbesondere mittels eines Messers oder einer Säge, welches) in Breitenrichtung des Materialstreifens beweglich ist. Auf diese Weise lassen sich sowohl Materialstreifen mit unterschiedlichen konstanten Breiten als auch Materialstreifen mit einer variablen Breite herstellen, indem das Messer oder die Säge während eines Transports des Materialstreifens entlang dessen Längsrichtung entweder an einer festen Position gehalten oder gesteuert verfahren wird. Somit lassen sich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die zur Herstellung von Wabenstrukturen mit variabler Höhe benötigten Materialstreifen in einem kontinuierlichen Prozeß zuschneiden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, insbesondere bei Herstellung von Wabenstrukturen aus einem metallischen Material, erfolgt das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens mittels eines Lasers. Auch ein zum Schneiden verwendeter Laserstrahl kann an einer festen Position gehalten oder gesteuert verfahren werden, um Materialstreifen mit konstanter bzw. variabler Breite zu erhalten.

Das Ablängen von Materialstreifen erfolgt vorzugsweise mittels vollständigem Durchtrennen mindestens eines Materialstreifens in Breitenrichtung in vorgebbaren Abständen. Auch das vollständige Durchtrennen des Materialstreifens kann sowohl mechanisch mit einem Messer oder einer Säge als auch mittels eines Lasers durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Herstellung von Wabenstrukturen aus verschiedenen Materialien eingesetzt werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind Materialstreifen aus einem metallischen Material, insbesondere aus Aluminium, Stahl oder Titan, hergestellt. Metallische Wabenstrukturen weisen besonders hohe Festigkeiten auf.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Materialstreifen aus einem Kunststoffmaterial, z. B. aus Polypropylen oder Polyetherimid, hergestellt. Zur Erhöhung der Stabilität können die Kunststoffe mit Fasern, insbesondere Glasfasern, Aramidfasern oder Kohlefasern, verstärkt sein.

Gemäß einer weiteren Alternative der Erfindung sind Materialstreifen aus Papier oder Pappe hergestellt. Vorzugsweise ist dabei das Papier oder die Pappe mit einem Kunstharz getränkt.

Das Verbinden der Materialstreifen miteinander erfolgt bevorzugt durch Verkleben. Hierfür wird ein Klebstoff auf erhabene Bereiche des Profils aufgetragen. Diese erhabenen Bereiche, die zumindest näherungsweise in einer Ebene liegen, bilden die Kontaktflächen von benachbarten Materialstreifen in der Wabenstruktur.

Das Auftragen des Klebstoffs erfolgt bevorzugt vor einem Ablängen von Materialstreifen, so daß das Auftragen kontinuierlich durchgeführt werden kann.

Insbesondere in dem Fall, daß Materialstreifen aus einem metallischen Material hergestellt sind, können diese auch durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen, miteinander verbunden werden.

Die einzelnen Materialstreifen werden vorzugsweise über ihre gesamte Kontaktfläche miteinander verbunden, z. B. verklebt, um eine möglichst stabile Verbindung zu gewährleisten. In einigen Fällen kann aber auch eine Verbindung nur über Teilbereiche der Kontaktfläche vorteilhaft sein, insbesondere beim Punktschweißen von metallischen Materialien. Auch dies kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens problemlos realisiert werden, indem die Materialstreifen z. B. über Schweißpunkte entlang der durch die Wabenöffnungen definierten Oberflächen der Wabenstruktur miteinander verbunden werden. Bei dem Profilierverfahren des Standes der Technik ist dies nicht möglich, da diese Oberflächen der Wabenstruktur erst beim Absägen der Schichten von dem Wabenblock, d.h. nach dem Verbinden der Materialstreifen, zugänglich sind.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit der eine Wabenstruktur auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung (i) mindestens eine erste Schneideeinrichtung zum Zuschneiden mindestens eines Materialstreifens auf eine variable Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, und (ii) mindestens eine Profilierungseinrichtung zum Profilieren des mindestens einen Materialstreifens umfaßt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt die mindestens eine erste Schneideeinrichtung ein in Breitenrichtung des Materialstreifens bewegliches Messer oder eine Säge. Die Funktionsweise und die Vorteile einer solchen mechanischen ersten Schneidevorrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die mindestens eine erste Schneideeinrichtung einen Laser. Ein Laser eignet sich insbesondere zum Zuschneiden von Materialstreifen aus metallischen Materialien, was ebenfalls bereits oben erläutert wurde.

Die mindestens eine Profilierungseinrichtung umfaßt bevorzugt eine oder mehrere Profilwalzen, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt mindestens eine zweite Schneideeinrichtung zum Ablängen von Materialstreifen, die so ausgebildet ist, daß sie den mindestens einen Materialstreifen in vorgebbaren Abständen vollständig in Breitenrichtung durchtrennt. Die mindestens eine zweite Schneideeinrichtung umfaßt beispielsweise ein Messer oder eine Säge. Alternativ kann die mindestens eine zweite Schneideeinrichtung einen Laser umfassen.

Bevorzugt umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Führungseinrichtung, die den mindestens einen Materialstreifen, insbesondere einen kontinuierlichen Materialstreifen, entlang einer Transportrichtung weiterbewegt. Die Transportrichtung entspricht dabei der Längsrichtung des Materialstreifens. Die Führungseinrichtung kann beispielsweise eine oder mehrere Führungswalzen umfassen.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens eine Auftrageeinrichtung zum Auftragen von Klebstoff auf den mindestens einen Materialstreifen. Diese umfaßt beispielsweise eine oder mehrere Auftragswalzen, mit denen ein Klebstoff kontinuierlich auf erhabene Bereiche des Profils aufgetragen werden kann.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfaßt mindestens eine Schweißeinrichtung zum Verbinden von Materialstreifen. Die Schweißeinrichtung umfaßt bevorzugt einen Laser, der insbesondere zum Verbinden von Materialstreifen aus einem metallischen Material geeignet ist.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Es zeigen im einzelnen:
1a: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
1b: eine schematische Darstellung der Vorrichtung gemäß 1a aus der Blickrichtung A;
2: eine perspektivische Darstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wabenstruktur;
3: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
4: eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Herstellung einer Wabenstruktur mit einer konstanten Höhe der Waben (d.h. einer konstanten Zellhöhe). Ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den 1a und 1b schematisch dargestellt und dort mit 10 bezeichnet. Dabei zeigt die 1b die Vorrichtung 10 aus der Blickrichtung, die in 1a mit A bezeichnet ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfaßt eine Führungseinrichtung 12 mit zwei Führungswalzen 14a und 14b, eine Profilierungseinrichtung 16 mit zwei Profilwalzen 18a und 18b, und eine Auftrageeinrichtung 20 mit zwei Auftragswalzen 22a und 22b. Die Einrichtungen 12, 16 und 20 sind in der genannten Reihenfolge entlang einer Transportrichtung T so angeordnet, daß ein Materialstreifen 24 zwischen den beiden Führungswalzen 14a und 14b, den Profilwalzen 18a und 18b und den Auftragswalzen 22a und 22b mit direktem Kontakt zu jeweils beiden Walzen geführt werden kann, wobei die Transportrichtung T der Längsrichtung des Materialstreifens 24 entspricht.
Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine erste Schneideeinrichtung 25 und eine zweite Schneideeinrichtung 26, die im Anschluß an die Auftrageeinrichtung 20 ebenfalls entlang der Transportrichtung T angeordnet sind. Die erste Schneideeinrichtung 25 umfaßt ein Messer 28 (oder alternativ eine Säge), welches in Breitenrichtung des Materialstreifens 24, d.h. senkrecht zur Transportrichtung T, beweglich ist. Die zweite Schneideinrichtung umfaßt ebenfalls ein Messer 30 (oder eine Säge), welches so angeordnet ist, daß damit der Materialstreifen 24 vollständig in Breitenrichtung durchtrennt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt: Der Materialstreifen 24, der eine Ausgangsbreite B1 aufweist, wird von einer Vorratsrolle 32 eines Bahnmaterials abgewickelt und mittels der Führungswalzen 14a und 14b, die an beiden Seiten des Materialstreifens 24 anliegen, entlang der Transportrichtung T kontinuierlich weiterbewegt. Anschließend läuft der Materialstreifen 24 zwischen den Profilwalzen 18a und 18b hindurch, welche ineinandergreifende Vorsprünge 34 entlang ihres Umfangs aufweisen. Durch diese Vorsprünge 34 wird der Materialstreifen 24 profiliert, d.h. in seiner Längsrichtung mit einem Profil 36 versehen, welches im Fall von gleichförmigen Vorsprüngen 34 ein periodisches Profil ist. Das Profil 36 kann beispielsweise ein regelmäßiges Trapezprofil sein.
Im folgenden Schritt wird auf die erhabenen Bereiche des Profils 36 auf jeder Seite des Materialstreifens 24 ein Klebstoff aufgetragen. Diese erhabenen Bereiche des Profils 36 bilden die Kontaktflächen beim späteren Verbinden von Materialstreifen zu einer Wabenstruktur. Das Auftragen erfolgt mittels Durchlaufen des profilierten Materialstreifens 24 zwischen den Auftragswalzen 22a und 22b. Deren Umfangsflächen werden aus einem Reservoir (in den 1a und 1b nicht dargestellt) mit dem Klebstoff beschickt, welcher dann durch Abrollen auf den Materialstreifen 24 übertragen wird.
Der profilierte und mit Klebstoff versehene Materialstreifen 24 wird anschließend durch das Messer 28 der ersten Schneideeinrichtung 25 von seiner Ausgangsbreite B1 auf eine Endbreite B2 zugeschnitten, wobei die Endbreite B2 der vorgesehenen Höhe der herzustellenden Wabenstruktur entspricht. Die Endbreite B2 wird dabei durch die Position des Messers 28 bestimmt, so daß aufgrund der Beweglichkeit des Messers 28 die gewünschte Endbreite B2 des Materialstreifens 24 und damit die Höhe der Wabenstruktur (d.h. die Zellhöhe) beliebig eingestellt werden.
Alternativ zu der bei der Vorrichtung 10 verwirklichten Anordnung kann das Zuschneiden des Materialstreifens 24 auch bereits vor dem Auftragen von Klebstoff oder vor dem Profilieren erfolgen. Bei einer weiteren Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels erfolgt das Zuschneiden des Materialstreifens 24 nicht mechanisch, sondern mittels eines steuerbaren Laserstrahls. In diesem Fall umfaßt die erste Schneideeinrichtung 25 einen Laser.
Der zugeschnittene Materialstreifen 24 wird im folgenden Schritt abgelängt, indem er durch das Messer 30 der zweiten Schneideeinrichtung 26 in vorgebbaren Abständen durchtrennt wird. Das Messer 30 kann sich beim Durchtrennen entweder in Breitenrichtung oder senkrecht zur Länge und Breite des Materialstreifens 24 bewegen. Dabei entstehen abgelängte Materialstreifen 38 mit einer jeweils vorgebbaren Länge, in diesem Beispiel mit einer konstanten Länge L. Auch das Ablängen kann alternativ mittels eines Lasers der zweiten Schneideeinrichtung 26 erfolgen.
Die abgelängten Materialstreifen 38 werden so übereinandergeschichtet, daß die erhabenen Bereiche der Profile 36 benachbarten Materialstreifen 38 jeweils miteinander zur Anlage kommen und somit die Kontaktfläche zwischen diesen Materialstreifen 38 bilden. Durch den Klebstoff werden die abgelängten Materialstreifen 38 über diese Kontaktflächen miteinander verbunden. Dabei entsteht eine Wabenstruktur 40. Im Fall eines regelmäßigen Trapezprofils des Materialstreifens 24 weisen die einzelnen Waben einen regelmäßigen hexagonalen Querschnitt auf.
Als Alternative zum Verkleben können die abgelängten Materialstreifen 38, insbesondere wenn ein metallisches Material verwendet wird, auch verschweißt werden. In diesem Fall umfaßt die Vorrichtung 10 an Stelle der Auftrageeinrichtung 20 eine Schweißeinrichtung 42, welche beispielsweise einen Laser 44 umfaßt, mit dem die aufeinander geschichteten Materialstreifen 38 mittels Laserschweißen verbunden werden können.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wabenstruktur 40 ist in der 1a so dargestellt, daß sich die Höhe H der Waben senkrecht zur Zeichenebene erstreckt. Die 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Wabenstruktur 40.
Die Höhe H der Wabenstruktur 40, d.h. die Waben- oder Zellhöhe, entspricht der Endbreite B2 des zugeschnittenen Materialstreifens 24. Durch das erfindungsgemäße Zuschneiden des kontinuierlichen Materialstreifens 24 hat somit die hergestellte Wabenstruktur 40 bereits ihre endgültige Höhe, so daß ein Abschneiden oder Absägen von Schichten an einer hergestellten Wabenstruktur nicht mehr erforderlich ist. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt somit darin, daß das erforderliche Zuschneiden an dem Materialstreifen 24 und nicht an der Wabenstruktur 40 durchgeführt wird.
Die Abmessungen der hergestellten Wabenstruktur 40 in den zur Höhe senkrechten Raumrichtungen ergeben sich zum einen aus der Länge L der abgelängten Materialstreifen 38, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls frei gewählt werden kann. In der dritten Raumrichtung ergibt sich die Abmessung X aus der Anzahl der miteinander verbundenen Materialstreifen 38. In der 1a einige Materialstreifen 38 der Wabenstruktur 40 gezeigt, während das mögliche Vorhandensein einer Mehrzahl weiterer Materialstreifen 38 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels wird der Materialstreifen 24 vor dem Ablängen entlang seiner Längsrichtung mit einer Reihe von Löchern entsprechend den Abständen des Profils 36 versehen. Dies führt dazu, daß bei der Wabenstruktur 40 alle Waben durch Löcher miteinander verbunden sind, wodurch eine Belüftung der Waben auch bei einem Einsatz der Wabenstruktur 40 zwischen zwei geschlossenen Decklagen (Sandwichstruktur) ermöglicht wird.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Herstellung einer Wabenstruktur mit einer variablen Höhe der Waben. Ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der 2 schematisch dargestellt und dort mit 42 bezeichnet.
Die Vorrichtung 42 umfaßt die gleichen Einrichtungen wie die Vorrichtung 10. Auch deren Anordnung ist im Wesentlichen wie oben beschrieben, jedoch ist die erste Schneideeinrichtung 25 in Transportrichtung T zwischen der Führungseinrichtung 12 und der Profilierungseinrichtung 16 angeordnet. Gleiche Elemente in den 1 und 2 tragen jeweils dieselben Bezugszeichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt: Ein Materialstreifen 24 mit einer konstanten Ausgangsbreite B1 wird von einer Vorratsrolle 32 eines Bahnmaterials abgewickelt und mittels der Führungswalzen 14a und 14b in einer Transportrichtung T weiterbewegt. Dieser Materialstreifen 24 wird daraufhin mittels der ersten Schneideeinrichtung 25 auf eine variable Endbreite zugeschnitten.
Die erste Schneideeinrichtung 25 umfaßt wie bei der Vorrichtung 10 ein in Breitenrichtung des Materialstreifens 24 bewegliches Messer 28 (oder eine Säge). In diesem Fall wird das Messer 28 jedoch nicht an einer festen Position gehalten, sondern während des Transports des Materialstreifens 24 gesteuert verfahren. Dadurch wird der Materialstreifen 24 auf eine variable Endbreite B2 zugeschnitten, welche in periodischen Abständen zu- bzw. abnimmt.
Das anschließende Profilieren des Materialstreifens 24 mittels der Profilierungseinrichtung 16 sowie das Auftragen von Klebstoff auf das Profil 36 mittels der Auftrageeinrichtung 20 erfolgt wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Von dem profilierten Materialstreifen 24 werden mit dem Messer 30 der zweiten Schneideeinrichtung 26 einzelne Materialstreifen 44 abgelängt, die jeweils eine variabler Breite aufweisen. Dabei wird die Länge L der abgelängten Materialstreifen 44 im vorliegenden Beispiel so gewählt, daß sie den periodischen Abschnitten des Materialstreifens 24 mit zu- bzw. abnehmender Endbreite entspricht. Somit wird eine Mehrzahl von Materialstreifen 44 mit jeweils gleicher Gestalt erhalten.
Durch Verbinden dieser Materialstreifen 44, wie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird eine Wabenstruktur 46 mit einer variablen Höhe H erhalten, die jeweils der variablen Endbreite B2 entspricht. In diesem Beispiel weist die Wabenstruktur 46 eine ebene Oberfläche 48 und eine konvexe Oberfläche 50 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in der 3 die Wabenöffnungen an der Oberfläche 50 der Wabenstruktur 46 nicht eingezeichnet.
Alternativ können durch ein entsprechendes Zuschneiden des Materialstreifens 24 auch Wabenstrukturen mit anderen Höhenprofilen erzeugt werden. Das Zuschneiden des Materialstreifens 24 kann durch die Verwendung von zwei Messern auch beidseitig durchgeführt werden, um so Wabenstrukturen mit einer beidseitig konvexen oder konkaven Oberfläche zu erhalten.
Alternativ zu dem in 2 dargestellten Fall kann das Ablängen der einzelnen Materialstreifen auch so durchgeführt werden, daß diese eine jeweils unterschiedliche Gestalt aufweisen. Dies führt zu einer Variation der Höhe H der hergestellten Wabenstruktur sowohl entlang der Richtung L als auch entlang der Richtung X. Durch ein vorgegebenes und aufeinander abgestimmtes Zuschneiden und Ablängen des Materialstreifens können so Wabenstrukturen mit einer individuell vorgegebenen Außengestalt erzeugt werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Herstellung einer Wabenstruktur, bei dem kontinuierliche Materialstreifen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften eingesetzt werden. Ein zur Durchführung dieses Verfahrens geeignetes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der 4 schematisch dargestellt und dort mit 52 bezeichnet.
Die Vorrichtung 52 umfaßt eine Führungseinrichtung 54 mit zwei Führungswalzen 56a und 56b, eine Profilierungseinrichtung 58 mit zwei Profilwalzen 60a und 60b, und eine Auftrageeinrichtung 62 mit zwei Auftragswalzen 64a und 64b zur Bearbeitung eines ersten kontinuierlichen Materialstreifens 66, sowie eine weitere Führungseinrichtung 68 mit zwei Führungswalzen 70a und 70b, eine weitere Profilierungseinrichtung 72 mit zwei Profilwalzen 74a und 74b, und eine Auftrageeinrichtung 76 mit zwei Auftragswalzen 78a und 78b zur Bearbeitung eines zweiten Materialstreifens 80. Funktionsweise und Anordnung dieser Einrichtungen entsprechen dabei denjenigen der Vorrichtung 10.
Ferner umfaßt die Vorrichtung 52 eine Verbindungseinrichtung 82 mit zwei Druckwalzen 84a und 84b, die in Transportrichtung der Materialstreifen 66 und 80 auf die Auftrageeinrichtungen 62 bzw. 76 folgt, sowie daran anschließend eine ersten und eine zweite Schneideeinrichtung 86 bzw. 88, die wiederum den jeweiligen Einrichtungen der Vorrichtung 10 entsprechen.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert wie folgt: Die beiden Materialstreifen 66 und 80, von denen der erste Materialstreifen 66 eine höhere Materialstärke aufweist, werden von zwei Vorratsrollen 90 bzw. 92 abgewickelt und über die Führungseinrichtungen 54 bzw. 68 in parallelen Transportrichtungen weiterbewegt. Dies erfolgt wie im Zusammenhang mit der Vorrichtung 10 beschrieben, ebenso wie das nachfolgende Profilieren mittels der Profilierungseinrichtungen 58 bzw. 72 und das Auftragen von Klebstoff auf die in Längsrichtung der Materialstreifen 66 und 80 erzeugten Profile 94 bzw. 96 mittels der Auftrageeinrichtungen 62 bzw. 76.
Die Profile 94 und 96 haben beispielsweise die gleichen Abmessungen, so daß die Materialstreifen 66 und 80 später unter Ausbildung von regelmäßigen Waben, z. B. Waben mit einem regelmäßigen hexagonalen Querschnitt, zusammengefügt werden können.
Die profilierten Materialstreifen 66 und 80 werden, wie oben beschrieben, mittels der Auftrageeinrichtungen 62 bzw. 76 mit einem Klebstoff beschichtet und dann unter Änderung ihrer Transportrichtungen gemeinsam zwischen den beiden sich gegenüberstehenden Druckwalzen 84a und 84b der Verbindungseinrichtung 82 so hindurchgeführt, daß erhabenen Bereiche der beiden Profile 94 und 96 miteinander zur Anlage kommen und die Materialstreifen 66 und 80 durch den Klebstoff verbunden werden. Dabei entsteht ein Doppelstreifen 98.
Dieser Doppelstreifen 98 wird anschließend, wie zuvor beschrieben, mittels eines Messers oder einer Säge der ersten Schneideeinrichtung 86 auf eine konstante oder variable Breite zugeschnitten und mittels eines Messers oder einer Säge der zweiten Schneideeinrichtung 88 abgelängt. Alternativ zu mechanischen Schneideeinrichtungen kann jeweils auch ein Laser zum Einsatz kommen.
Die einzelnen abgelängten Doppelstreifen (in der 4 nicht dargestellt) können anschließend so miteinander verbunden werden, daß eine Wabenstruktur entsteht, welche das stärkere Material des ersten Materialstreifens 66 und das Material mit geringerer Stärke des zweiten Materialstreifens 80 in abwechselnder Folge enthält. Alternativ kann die Wabenstruktur auch so gebildet werden, daß jeweils zwei Lagen des stärkeren Materials 66 auf jeweils zwei Lagen des Materials mit geringerer Stärke 80 folgen. So können Wabenstrukturen mit variierenden Materialeigenschaften entlang der in den 1 bis 3 mit X bezeichneten Raumrichtung hergestellt werden.
Das Vorrichtung 52 kann ferner so modifiziert werden, daß drei oder mehr kontinuierliche Materialstreifen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zum Einsatz kommen. Diese können entsprechend zu Dreifach- bzw. Mehrfachstreifen verbunden werden, die dann wiederum zu einer Wabenstruktur zusammengesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur, bei dem profilierte Materialstreifen mit einer Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, bereitgestellt werden, und unter Ausbildung der Wabenstruktur mit der entsprechenden Höhe der Waben verbunden werden, wobei Materialstreifen mit unterschiedlichen Breiten und/oder Materialstreifen mit einer über deren Länge variierenden Breite bereitgestellt und miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen von Materialstreifen ein Ablängen von Materialstreifen umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Materialstreifen von mindestens einem kontinuierlichen Materialstreifen abgelängt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen von Materialstreifen ein Profilieren mindestens eines Materialstreifens umfaßt, so daß dieser in seiner Längsrichtung ein Profil aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen von Materialstreifen mit einer Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht, ein Zuschneiden mindestens eines Materialstreifens auf die entsprechende Breite umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Materialstreifen von einer Ausgangsbreite auf eine Endbreite zugeschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens vor dem Profilieren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Zuschneiden des mindestens einen kontinuierlichen Materialstreifens nach dem Profilieren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens ein kontinuierlicher Materialstreifen so zugeschnitten wird, daß die Breite der hiervon abgelängten Materialstreifen über deren Länge variiert.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Materialstreifen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Profil ein periodisches Profil ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das periodische Profil ein Trapezprofil ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Profilieren des mindestens einen Materialstreifens mittels Profilwalzen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialstreifen vor dem Verbinden mit Bohrungen oder Durchbrüchen versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens mechanisch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 14, wobei das Zuschneiden des mindestens einen Materialstreifens mittels eines Lasers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei das Ablängen von Materialstreifen mittels vollständigem Durchtrennen mindestens eines Materialstreifens in Breitenrichtung in vorgebbaren Abständen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Materialstreifen aus einem metallischen Material hergestellt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Materialstreifen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Materialstreifen aus Papier oder Pappe, welches) bevorzugt mit einem Kunstharz getränkt ist, hergestellt sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialstreifen durch Verkleben miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei vor einem Ablängen von Materialstreifen ein Klebstoff auf erhabene Bereiche des Profils aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialstreifen durch Schweißen miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erhabenen Bereiche des Profils die Kontaktflächen von benachbarten Materialstreifen in der Wabenstruktur bilden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Materialstreifen über ihre gesamte Kontaktfläche miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Materialstreifen nur über Teilbereiche ihrer Kontaktfläche miteinander verbunden werden.
Vorrichtung zur Herstellung einer Wabenstruktur (40; 46), umfassend: – mindestens eine erste Schneideeinrichtung (25; 86) zum Zuschneiden mindestens eines Materialstreifens (24; 66, 80) auf eine variable Breite, die der jeweils vorgesehenen Höhe der Waben entspricht; und – mindestens eine Profilierungseinrichtung (16; 58, 72) zum Profilieren des mindestens einen Materialstreifens (24; 66, 80).
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die mindestens eine erste Schneideeinrichtung (25; 86) ein in Breitenrichtung des Materialstreifens (24; 66, 80) bewegliches Messer (28) oder eine Säge umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die mindestens eine erste Schneideeinrichtung (25; 86) einen Laser umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die mindestens eine Profilierungseinrichtung (16; 58, 72) eine oder mehrere Profilwalzen (18a, 18b; 60a, 60b, 74a, 74b) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Vorrichtung mindestens eine zweite Schneideeinrichtung (26; 88) zum Ablängen von Materialstreifen umfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie den mindestens einen Materialstreifen (24; 66, 80) in vorgebbaren Abständen vollständig in Breitenrichtung durchtrennt.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die mindestens eine zweite Schneideeinrichtung (26; 88) ein Messer (30) oder eine Säge umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die mindestens eine zweite Schneideeinrichtung (26; 88) einen Laser umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, wobei die Vorrichtung mindestens eine Führungseinrichtung (12; 54, 68) umfaßt, die den mindestens einen Materialstreifen (24; 66, 80) entlang einer Transportrichtung weiterbewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei die mindestens eine Führungseinrichtung (12; 54, 68) eine oder mehrere Führungswalzen (14a, 14b; 56a, 56b, 70a, 70b) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 35, wobei die Vorrichtung mindestens eine Auftrageeinrichtung (20; 62, 76) zum Auftragen von Klebstoff auf den mindestens einen Materialstreifen (24; 66, 80) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei die mindestens eine Auftrageeinrichtung (20; 62, 76) eine oder mehrere Auftragswalzen (22a, 22b; 64a, 64b, 78a, 78b) umfaßt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 35, wobei die Vorrichtung mindestens eine Schweißeinrichtung (42) zum Verbinden von Materialstreifen umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die mindestens eine Schweißeinrichtung (42) einen Laser (44) umfaßt.