DE19944662C5 - Spatial structural design made of sheet-like shaped components - Google Patents

Abstract

Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen, bestehend aus gleichen ersten und zweiten flächigen Formbauteilen,
wobei jedes Formbauteil eine ebene Gurtstruktur aufweist,
die einseitig mit aus Vielecken gebildeten Höckern versehen ist,
wobei das erste Formbauteil mit dem um 180 Grad gedrehten und von unten in der Ebene versetzt eingesetzten zweiten Formbauteil über die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker verbunden ist,
und wobei die jeweiligen Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils in Kontakt stehen,
dadurch gekennzeichnet, dass
die durch die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildeten Kontaktbereiche großflächig sind und das erste und zweite Formbauteil jeweils aus in einer Negativform tiefziehbarem Material besteht und die Höcker eine sechseckige Grundform aufweisen.Spatial structure of two-dimensional structural components, consisting of the same first and second flat structural parts,
each mold component having a planar belt structure,
which is provided on one side with humps formed by polygons,
wherein the first mold member is connected to the second mold member rotated 180 degrees and offset from below in the plane via the contacting diagonal side surfaces of the bumps,
and wherein the respective Höckertiefflächen of a mold component with the belt surface of the other mold component in contact,
characterized in that
the contact areas formed by the contacting diagonal side surfaces of the bumps are large area and the first and second mold component consists of thermoformable in a negative mold material and the bumps have a hexagonal basic shape.

Description

Es ist bekannt, daß räumliche Fachwerkkonstruktionen, bestehend aus Gurtstäben und diagonalen Verstrebungen ein Höchstmaß an Steifigkeit und Tragfähigkeit aufweisen. Das aus verschiedenen Profilen erstellte Fachwerk bedarf eines hohen konstruktiven Aufwandes in der Anschlußtechnik der sich im Knoten vereinigenden Stäbe.It is known that spatial Truss structures consisting of girders and diagonal struts a maximum of rigidity and carrying capacity exhibit. The framework created from different profiles requires a high design effort in the connection technology the rods joining in the knot.

Für niedrige Bauhöhen ist es außerdem bekannt, Sandwich-Bleche zu verwenden. Hier werden zwei plane Deckplatten mittels eines teilweise oder das ganze Zwischenvolumen ausfüllenden Klebematerials, oder durch verklebte Waben-, Gitterstrukturen verbunden, um die Koppelung der Deckschichten über den Schubverbund herzustellen.For low heights it is as well known to use sandwich sheets. Here are two flat cover plates by means of a partial or the entire intermediate volume filling Adhesive material, or bonded by glued honeycomb, grid structures, to make the coupling of the outer layers on the shear composite.

Der angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß für niedrige Bauhöhen ein konventionelles Fachwerk aufgrund der filigranen Struktur nicht mehr herstellbar ist. Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.Of the indicated invention is based on the problem that for low heights a conventional framework is not due to the filigree structure is more manufacturable. This problem is solved by the in the claim 1 specified characteristics solved.

Zwei gleiche Formbauteile werden dabei derart ineinander gefügt, daß sich großflächige Kontaktbereiche bilden, die nach Verbindung zu einer hohen Stabilität des Gesamtsystems führen. Die Konstruktionsmerkmale sind vor allem gekennzeichnet durch eine 6- oder 8-eckige Grundform (Höckertieffläche). Diese Form wird nun derart erweitert, daß unter einem frei wählbaren Winkel gegen die Horizontale beim 8-Eck die Diagonalen und beim 6-Eck jede zweite Seite parallel verschoben wird. Die neue Einhüllende des äußeren Vielecks – jetzt auf Formbauteildicke verschoben – ist dann nicht mehr affin zum Ursprungsvieleck und bildet einen räumlichen Höcker. Werden die so entstandenen Höcker an den Rechteckflächen mit ihrer Grundform kombiniert und weitere Höcker in dem nun vorgegebenen Abstand und Ansatz an die Grundform angehängt, ergibt sich eine durch die Höckereinbuchtungen geprägte Platte. Für den Fall des 6-Eckes entsteht eine 3-eckige Gurtstruktur, die jeden Höcker im Kern einschließt. Für das 8-Eck ist dies eine orthogonale 4-eckige Struktur. Diese auf dem Niveau der Oberseite der Platte verlaufenden Bereiche bilden die Gurte aus der Fachwerkanalogie. Mit dem von unten um 180 Grad versetzt eingesetzten gleich hergestellten Formteil, das sich durch die Winkelgleichheit der Diagonalen exakt einfügt, wird nun ein symmetrisch aufgebautes Formbauteil erzeugt. Die Höckertiefflächen bilden mit den sich hier kreuzenden ebenen Gurten der Ober- bzw. Unterseite der beiden Formteile den Knotenpunkt. Die diagonalen Streben werden durch die im Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildet, die durch den Verbund und ihre damit entstandene doppelte Y-Form, eine hohe Steifigkeit und damit hohe Knicksicherheit aufweisen. Das Tragverhalten entspricht dem eines Stabwerkes. Teilbereiche der oberen und unteren ebenen Flächen (beidseitige 6- oder 8-Ecke) sind durch die Paßform in diesem Bereich doppelwandig ausgeführt, was den Widerstand gegen lokale Einwirkungen erhöht.Two identical mold components are joined together in such a way that large contact areas form after connecting to a high stability of the overall system to lead. The design features are characterized by a 6- or 8-cornered basic shape (cusp valley). These Form is now extended so that under a freely selectable Angle against the horizontal at the 8-corner the diagonal and at 6-corner every other page is moved in parallel. The new envelope of the outer polygon - now shifted to mold component thickness - is then no longer affine to the original polygon and forms a spatial cusp. Will the resulting cusp on the rectangular surfaces combined with its basic shape and more humps in the now given Distance and approach attached to the basic shape, results in a through the cuspidings embossed Plate. For the case of the 6-corner creates a 3-cornered belt structure, each one cusp at the core. For the 8-corner this is an orthogonal quadrangular structure. This at the level the upper side of the plate extending areas form the straps from the half-timbered analogy. With the offset from below by 180 degrees used equal molded part, characterized by the angular uniformity the diagonal exactly fits, Now a symmetrically constructed mold component is generated. Form the cusp valley surfaces with the flat straps crossing the top and bottom the two moldings the node. The diagonal struts are going through formed in contact diagonal side surfaces of the cusps formed by the Composite and its resulting double Y-shape, high rigidity and thus have high kink resistance. The carrying behavior corresponds that of a truss. Subareas of the upper and lower levels surfaces (double-sided 6- or 8-corner) are designed by the fit in this area double-walled, which increases the resistance to local effects.

Der Vorteil der 6-eckigen bzw. 8-eckigen Grundform gegenüber Vielecken mit größerer Kantenanzahl liegt in der eben aufgespannten Fläche zwischen den diagonal in die Höhe verlaufenden Rechteckflächen (Diagonalstreben) im Höcker. Knicke, wie sie durch eine höhere Kantenanzahl erzeugt werden, führen zur Minimierung der Höckersteifigkeit, da sich unter Belastung zunächst die Knickfalte herausziehen würde. Die Steifigkeit der bereichsweise durch die Höcker gebildeten U-Gurte wird daher durch zusätzliche Knickfalten beeinträchtigt. Geringe Fasungen bzw. Ausrundungen der scharfen Höckerkanten können dennoch herstellungstechnisch einen Vorteil bringen, so daß streng genommen die geometrische Form von einem 6- bzw. 8-Eck abweicht. Es sind auch Höckerformen herstellbar, die sich in ihrer unteren (Höckertieffläche) und oberen Form (Höckerrand) unterscheiden.Of the Advantage of the 6-square or 8-cornered basic shape compared to polygons with larger number of edges lies in the plane just spanned between the diagonally in the height extending rectangular areas (Diagonal struts) in the hump. Kink, as by a higher one Edge number generated, lead to minimize the bump stiffness, since under stress first pull out the crease. The rigidity of the sub-belts formed by the bumps is therefore by additional Wrinkles impaired. Slight fawning or rounding of the sharp cusp edges can nevertheless bring manufacturing technology an advantage so that strict taken the geometric shape of a 6- or 8-corner deviates. They are also hump forms can be produced, which are in their lower (Höckertieffläche) and upper form (cusp edge) differ.

Durch die kantige Form, die steifen Höcker und die verbundenen Kontaktbereiche entsteht ein über mehrere Achsen lastabtragendes Tragsystem analog zum räumlichen Fachwerk.By the angular shape, the stiff cusps and The connected contact areas create a load transfer over several axes Support system analogous to the spatial Framework.

Die erreichten Vorteile sind zum einen in der Gewichtsersparnis bei gleicher Steifigkeit zu sehen und zum anderen in den sich daraus ergebenden erweiterten Anwendungsgebieten.The achieved advantages are on the one hand in the weight savings to see the same rigidity and to the other in the resulting resulting extended application areas.

Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten sind im Bereich der Schalldämmung zu sehen. Durch die spezielle Wahl eines viskoselastischen Klebstoffes (z. B. PVB-[Polyvinylbutyral]-Folie) kann eine dämpfende Wirkung der Höckerplatte erzeugt werden. Die Schwingungsanfälligkeit wird zudem durch die hohe Steifigkeit der verzahnten Höckerformteile und der in sich steifen Einzelhöcker wirkungsvoll herabgesetzt.Further design options are in the field of sound insulation to see. Due to the special choice of a viscoelastic adhesive (z. B. PVB [polyvinyl butyral] film) may have a cushioning effect of the bump plate be generated. The vulnerability to vibration is also due to the high rigidity of the toothed bump moldings and in itself stiff single hump effectively degraded.

Als Materialien für das höckergeprägte Formbauteil sind tiefgezogene Bleche aus Metall, tiefgezogener Kunststoff, Zellstoffe sowie faserverstärkte Materialien (Laminate sowie Spritzgußmaterial) einsetzbar. Die Herstellung der Formbauteile erfolgt über Matrizen, zwischen denen die Bleche oder die Kunststoffe tiefgezogen, die Laminate eingelegt oder das Spritzgußmaterial eingebracht wird und aushärten kann. Aus GFK [glasfaserverstärktem Kunststoff] und CFK [kohlefaserverstärktem Kunststoff] hergestellte Formbauteile bieten darüber hinaus die Möglichkeit, hochbeanspruchte Zonen (z. B. Gurtflächen) zusätzlich mit eigelegten Rovings zu verstärken.When Materials for the humped shaped component are deep-drawn sheets of metal, deep-drawn plastic, pulp as well as fiber reinforced Materials (laminates and injection molding material) can be used. The Production of the mold components via dies, between which deep-drawn the sheets or the plastics, the laminates inserted or the injection molding material is introduced and harden can. Made of fiberglass reinforced plastic and CFRP [carbon fiber reinforced Plastic] manufactured moldings also offer the possibility highly stressed zones (eg belt areas) additionally with egg-laid rovings to reinforce.

Die Matrizen können durch eine Urform und Abguß (Negativform) dieser Urform hergestellt werden, woraus sich die Paßgenauigkeit des dazwischen liegenden Formbauteils ergibt.The Matrices can through a prototype and cast (negative form) This original form are produced, resulting in the fit of the intermediate mold component results.

Die Verbindung der beiden gleichen Formbauteile geschieht, je nach Einsatzzweck und Anforderungsprofil, durch Kleben, Löten, Punktschweißen und verschiedenste Niet-Techniken.The Connection of the two same mold components happens, depending on the purpose and requirement profile, by gluing, soldering, spot welding and various rivet techniques.

Die Einsatzgebiete erstrecken sich auf ein weites Gebiet, wo Leichtbau und hohe Steifigkeit gefordert sind.The Fields of application cover a wide area, where lightweight construction and high rigidity are required.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert, die folgendes zeigen:The The present invention will be described below with reference to preferred embodiments and with reference to the drawing figures, which show the following:

1 zeigt in Aufsicht eine erste Ausführungsform der Tragwerkkonstruktion mit 8-eckigen Höckern. Die untereinander verbundenen diagonalen Höckerflächen stellen Rechteckflächen dar. Diese Flächen sind durch Einfachschraffur dargestellt. Die Kreuzschraffur zeigt die Höckertiefflächen der zwei Formbauteile. 1 shows a plan view of a first embodiment of the supporting structure with 8-cornered humps. The interconnected diagonal cusps are rectangular areas. These areas are represented by single hatching. The cross-hatching shows the hedge valley surfaces of the two mold components.

2 zeigt in Aufsicht neben der in 1 beschriebenen Ausführungsform eine weitere Ausführungsform mit 6-eckigen Höckern. Mit den dort angegebenen Kantenlängen L1 und L2 der Grundformen sind spezielle Auslegungen der Gurt- zu Diagonalbreiten möglich, um Optimierungen für spezielle Anforderungen durchzuführen und auf die Verbundmaterialsteifigkeiten (z. B.: Klebercharakteristik) abzustimmen. 2 shows in supervision next to the in 1 described embodiment, another embodiment with hexagonal humps. With the specified edge lengths L1 and L2 of the basic shapes, special configurations of the belt to diagonal widths are possible in order to carry out optimizations for special requirements and to match the composite material stiffnesses (eg: adhesive characteristics).

3 zeigt in Aufsicht die Ausführungsform gemäß 1 mit den Schnitten A-A und B-B. 3 shows in plan the embodiment according to 1 with the sections AA and BB.

Claims (6)

Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen, bestehend aus gleichen ersten und zweiten flächigen Formbauteilen, wobei jedes Formbauteil eine ebene Gurtstruktur aufweist, die einseitig mit aus Vielecken gebildeten Höckern versehen ist, wobei das erste Formbauteil mit dem um 180 Grad gedrehten und von unten in der Ebene versetzt eingesetzten zweiten Formbauteil über die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker verbunden ist, und wobei die jeweiligen Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die in Kontakt anliegenden diagonalen Seitenflächen der Höcker gebildeten Kontaktbereiche großflächig sind und das erste und zweite Formbauteil jeweils aus in einer Negativform tiefziehbarem Material besteht und die Höcker eine sechseckige Grundform aufweisen.Spatial structural structure of sheet-like molded components, consisting of the same first and second flat mold components, each mold member having a planar belt structure, which is provided on one side with bumps formed of polygons, wherein the first mold member with the rotated by 180 degrees and offset from below in the plane inserted second mold member is connected via the abutting diagonal side surfaces of the bumps, and wherein the respective Höckertiefflächen of a mold member with the belt surface of the other mold member are in contact, characterized in that formed by the contacting diagonal side surfaces of the bumps contact areas over a large area are and the first and second mold component in each case consists of a negative-mold thermoformable material and the bumps have a hexagonal basic shape. Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höckertiefflächen des einen Formbauteils mit der Gurtfläche des anderen Formbauteils verbunden sind.spatial Structural structure of flat Shaped parts according to claim 1, characterized in that the huckleback surfaces of a mold component with the belt surface of the other mold component are connected. Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentansprüche 1 bis 2 gekennzeichnet durch geringfügige, durch Fasen, Abrunden der Höckerkanten od. dgl. gebildete Modifikationen der Hökerform zu 12, Ecken usw.spatial Structural structure of flat Molded parts according to one of the claims 1 to 2 characterized through minor, by chamfering, rounding off the cusp edges od. Like. Formed modifications of the Hökerform to 12, corners, etc. Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der Patentansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Seiten je eine mit dieser verbundene Deckschicht angeordnet ist.spatial Structural structure of flat Molded parts according to one of the claims 1 to 3 characterized in that that on two sides each arranged one associated with this cover layer is. Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch zusätzliche, steifigkeitssteigernde Einlagen in den statisch hochbeanspruchten Bereichen verstärkt sind.spatial Structural structure of flat Molded parts according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the molded components through additional, stiffness-enhancing deposits in the statically highly stressed Reinforced areas are. Räumliche Tragwerkkonstruktion aus flächigen Formbauteilen nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbauteile durch Kleben, Schweißen, Nieten oder Löten verbunden oder "Naß-in-Naß" laminiert werden.spatial Structural structure of flat Molded parts according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the molded components by gluing, welding, Riveting or soldering connected or "wet-on-wet" laminated.