Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil

Abstract

 Offenbart ist ein räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil bestehend aus nach oben und unten ausgebildeten Höckern, die sich aus untereinander versetzten Vieleckflächen bilden, die mindestens auf 3 Ebenen liegen und die so ausgebildet sind, dass gleiche Formbauteile ineinander verzahnend in Kontakt liegend Hohlräume bilden.
Durch diese Ausbildung wird eine steife Konstruktion geschaffen, die eine porige Struktur aufweist.

Beschreibung

[0001] Es ist aus der Natur bekannt, dass Hohlraumstrukturen ein hohes Maß an Steifigkeit bei geringem Gewicht aufweisen. Die aneinander angrenzenden Hohlräume bilden dabei eine verstrebte Struktur, die den ganzen Körper stützen und versteifen. Derartige Strukturen werden fabrikationstechnisch bisher durch Aufschäumen (z.B. Aluminium-Schaum, Styropor,...) erzeugt.

[0002] Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 01 059 A1 offenbart eine Platte mit regelmäßigen Vorsprüngen sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung für deren Ausbildung. Die beschriebene Platte findet insbesondere Verwendung als Separator für eine Brennstoffzelle. Zwei solcher Platten werden zwischen zwei Zelleneinheiten angeordnet. Die an beiden Platten ausgebildeten Vorsprünge stoßen so aneinander, dass zwischen den Platten ein durchströmbarer Hohlraum ausgebildet ist. Die Funktion der Platten ist einerseits durch die Herstellung eines definierten Abstandes, andererseits durch die Bereitstellung dieses Hohlraumes gekennzeichnet. Eine Verbindung der Platten, die eine stützende und versteifende Verstrebung bewirken könnte, ist nicht beschrieben.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Methode zur Herstellung und konstruktiven Gestaltung ähnlicher Hohlraumstrukturen aus Metall, Kunststoff oder Papier bereit zu stellen.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale erfüllt.

[0005] Wechselseitig durch nach oben und unten ausgebildete Höcker wird ein flächig verstrebtes Formbauteil erzeugt, das mindestens auf drei Ebenen parallel zueinander liegende Vieleckflächen aufweist. Die Vieleckflächen auf den außen liegenden Ebenen bilden die Hoch- und Tiefflächen der nach oben und unten ausgebildeten Höcker. Zwischen diesen Höckern auf der mittleren Ebene sind weitere Vieleckflächen angeordnet.

[0006] Die Form und Größe dieser mindestens auf 3 Ebenen liegenden Vieleckflächen wird nun derart festgelegt, dass gleichartig hergestellte räumlich verstrebte flächige Formbauteile formschlüssig verzahnend ineinander passen. Dies wird im folgenden für genau auf 3 Ebenen liegende Vieleckflächen beschrieben:

[0007] Zum Aufbau einer Hohlraumstruktur werden die korrespondierenden Flächen eines weiteren aufgesetzten Formbauteils auf die zugehörigen Flächen des darunter liegenden Formbauteils gesetzt. Durch die gleiche regelmäßige immer wiederkehrende Form der nach unten bzw. oben ausgebildeten Höcker eines Formbauteils fügen sich die Höcker des einen Formbauteils mit den Höckern eines weiteren aufgelegten miteinander verzahnenden gleichartig hergestellten Formbauteils entweder an den Seitenflächen der Höcker und/oder an den korrespondierenden Vieleckflächen formschlüssig aneinander an. Werden diese Kontaktflächen zum Verbinden der Formbauteile verwendet, entsteht eine steife Gesamtkonstruktion.

[0008] Für den Fall, dass die Vieleckflächen aus 6-Ecken bestehen und sowohl die Vieleckflächen als auch korrespondierende Seitenflächen der Höcker von ineinander gesetzten Formbauteilen aneinander anliegen, wird eine geschlossene würfelartige Hohlraumstruktur erzeugt, deren Einzelhohlräume nicht miteinander kommunizieren. Jedes Formbauteil stellt dabei je die Hälfte der würfelartigen Hohlräume bereit, die durch das nächste aufgesetzte Formbauteil mit der zweiten Hälfte versehen werden und damit abgeschlossene Hohlräume bilden. Je nach Wahl der 6-eckigen bis hin im Grenzfall zu 3-eckigen Vieleckflächen können auch untereinander kommunizierende Hohlräume geschaffen werden, wo die korrespondierenden Seitenflächen der Höcker zweier Formbauteile im Kontakt liegen und die Vieleckflächen auf Abstand stehen und so ein Durchgang zwischen den Hohlräumen geschaffen wird. Es entsteht eine räumliche immer gleichartige Hohlraumstruktur aus lauter würfelartigen oder quaderförmigen Formen, die sich untereinander Seitenwände teilen und je um eine Ebene versetzt sind. Die mit weiteren Formbauteilen korrespondierenden Seitenflächen und Vieleckflächen bilden ebene Kontaktflächen der ineinander verzahnend eingesetzten Formbauteile. Die korrespondierenden Seitenflächen der Sechseckhöcker (würfelartiger Halbkörper) mehrerer verzahnend ineinander gesetzter Formbauteile bilden schräg in 3 Raumrichtungen verlaufende Streben einer doppelten Y-Form, die eine hohe Knicksteifigkeit aufweisen und sich durch den gesamten zusammengesetzten Körper fortsetzen. In Kombination mit Deckplatten, die über die außenliegenden Vieleckflächen angebunden sind, ergibt sich ein kreuz und quer verstrebter und ausgefachter Kern eines Sandwichs, der eine optimale Schubübertragung erlaubt. Auch sind speziell hergestellte und die gleiche einseitige Formschlüssigkeit erfüllende Abschlussformbauteile herstellbar, die den Deckplatten eine durchlaufende ebene Gurtstruktur bereitstellen und sie damit kontinuierlich rasterförmig unterstützen, die Beul- und Knickgefahr der Deckplatten wirkungsvoll herabsetzen, sowie eine vergrößerte Fügefläche bereitstellen.

[0009] Für den Fall das die Vieleckflächen aus 4- oder 8-Ecken bestehen, ergibt sich eine röhrenartige Hohlraumstruktur, die sich längs und/oder quer über das gesamte zusammengesetzte Formbauteil erstreckt. Diese Struktur kann z.B. als Wärmetauscher verwendet werden, den verschiedene Medien jeweils durch ein Formbauteil getrennt durchströmen können.

[0010] In der bevorzugten Bauart des räumlich verstrebten flächigen Formbauteils sind die hoch- und tiefliegenden Vieleckflächen mit gleichem Versatz zur mittleren Ebene ausgeführt.

[0011] Es sind auch Konstruktionen machbar, bei denen die Hoch- und Tiefflächen einen unterschiedlichen Abstand zur mittleren Ebene aufweisen. Die Höckerseitenflächen und/oder die Vieleckflächen weiterer Formbauteile liegen dann mit dem korrespondierenden gleichartig hergestellten Gegenformbauteil im Kontakt, wenn die weiteren Formbauteile je um 180 Grad gedreht und ineinander verzahnend eingesetzt werden.

[0012] Die Passgenauigkeit der in Kontakt liegenden korrespondierenden Seitenflächen und/oder Vieleckflächen mehrerer gleichartig hergestellter Formbauteile kann ebenfalls gewährleistet werden, wenn die Vieleckflächen durch Fasen oder Rundungen modifiziert werden oder wenn die in ihrer jeweiligen Ebene liegenden Vieleckflächen gleich verschoben werden, woraus dann z.B. verzerrte würfelartige oder längliche quaderförmige Hohlraumstrukturen entstehen.

[0013] Weiterhin sind auch räumlich verstrebte flächige Formbauteile herstellbar, deren Vieleckflächen auf mehr als 3 Ebenen angeordnet sind. Werden z.B. die auf der mittleren Ebene und der oberen Ebene angeordneten Vieleckflächen wiederum untereinander mit einer immer wieder kehrender Regelmäßigkeit gleichmäßig versetzt (insgesamt jetzt 7 Ebenen), ist die Passgenauigkeit ineinander verzahnend eingesetzter Formbauteil weiter gewährleistet.

[0014] Entscheidend für die Konstruktion eines räumlich verstrebten flächigen Formbauteils ist, dass sich die Vieleckflächen auf mindestens drei Ebenen befinden und die Höcker eine gleiche regelmäßige immer wiederkehrende Form aufweisen, so dass weitere ineinander verzahnend eingesetzte Formbauteile an den korrespondierenden Seitenflächen und/oder den Vieleckflächen miteinander flächig im Kontakt anliegen.

[0015] Als Materialien für das räumlich verstrebte flächige Formbauteil sind tiefgezogene Bleche aus Metall, tiefgezogener Kunststoff, Zellstoffe sowie faserverstärkte Materialien (Laminate sowie Spritzgussmaterial) einsetzbar. Die Herstellung der Formbauteile kann über Matrizen erfolgen, zwischen denen die Bleche oder die Kunststoffe tiefgezogen, die Laminate eingelegt oder das Spritzgußmaterial eingebracht und aushärten kann. Aus GFK [glasfaserverstärktem Kunststoff] und CFK [kohlefaserverstärktem Kunststoff] hergestellte Formbauteile bieten darüber hinaus die Möglichkeit, hochbeanspruchte Zonen zusätzlich mit eingelegten Rovings zu verstärken.

[0016] Die Verbindung mehrere Formbauteile geschieht, je nach Einsatzzweck und Anforderungsprofil, durch Kleben, Löten, Schweißen und verschiedenste Niet-Techniken.

[0017] Die Einsatzgebiete erstrecken sich auf ein weites Gebiet, wo Leichtbau und hohe Steifigkeit gefordert sind. Auch in der Verpackungsindustrie wird ein großer Einsatzbereich gesehen, da das zu verpackende Gut allseitig durch Wandungen gegen Verrutschen geschützt werden kann. Die Variante mit den geschlossenen würfelartigen Hohlräumen, kann z.B. als Crash-Element eingesetzt werden. Die eingebrachte Energie wird dann teilweise in die Verformung der Würfelstrukturen, teils aber auch in die federnde Luftpolsterung umgesetzt.

[0018] Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnungsfiguren näher erläutert, die folgendes zeigen:

Fig. 1 zeigt ein räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, bei dem die Vieleckflächen alle aus 4-Ecken bestehen. Mit 1 ist die unterste Vieleckfläche, mit 2 die mittlere und mit 3 die obere Vieleckfläche markiert, die somit die 3 Ebenen kennzeichnen. Die korrespondierenden Seitenflächen zu weiteren einsetzbaren Formbauteilen ist mit 4 gekennzeichnet.

Fig. 2 zeigt die immer wiederkehrende regelmäßige gleiche Form der hier nach oben und unten ausgebildeten Höcker, für Formbauteile deren Vieleckflächen aus 3-Ecken bestehen. Mit 1,2, und 3 sind wieder die auf den mindestens 3 Ebenen liegenden Vieleckflächen gekennzeichnet.

Fig. 3 zeigt die Bildung eines würfelartigen Hohlraumes, der durch ein weiteres verzahnend ineinander gesetztes Formbauteil entsteht, wobei die korrespondierenden Seitenflächen 4 und die Vieleckflächen 1 und 2 des oberen Formbauteils mit den Vieleckflächen 2 und 3 des unteren Formbauteiles in Formschluss gebracht werden.

Fig. 4 zeigt ein Formbauteil, dass aus 8-eckigen Vieleckflächen entsteht. Hier bildet sich auf der mittleren Ebene eine durchgehende Gurtstruktur aus.

Fig. 5 zeigt in Analogie zu Fig. 3, wie sich bei Formbauteilen aus 8-eckigen Vieleckflächen die untereinander korrespondierenden Seitenflächen sowie die Vieleckflächen formschlüssig fügen lassen.

Ansprüche

1. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil,

- bestehend aus wechselseitig nach unten und oben ausgebildeten Höckern,

- wobei sich mindestens auf drei Ebenen parallel zueinander liegende ebene Vieleckflächen - die Hochfläche des nach oben ausgebildeten Höckers, die Tieffläche des nach unten ausgebildeten Höckers und eine Vieleckfläche auf der mittleren Ebene (Mittelfläche) zwischen den zwei Hoch- und Tiefhöckern - bilden

- und dessen Höcker eine gleiche regelmäßige immer wiederkehrende Form aufweisen, die bei weiteren gleichartig hergestellten und ineinander verzahnend eingesetzten Formbauteilen über Kontakt anliegende Seitenflächen der untereinander korrespondierenden Höcker herstellt

- oder zusätzlich zum Kontakt der Seitenflächen der Höcker auch die korrespondierenden Vieleckflächen aus Mittelfläche und Hochfläche eines unteren Formbauteil mit der Tieffläche und der Mittelfläche eines oberen Formbauteils im Kontakt anliegen.

2. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vieleckflächen auf mehr als 3 Ebenen angeordnet sind.

3. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf drei Ebenen parallel zueinander liegenden ebene Vieleckflächen aus Vierecken bestehen.

4. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf drei Ebenen parallel zueinander liegende ebene Vieleckflächen aus Sechsecken bestehen.

5. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf drei Ebenen parallel zueinander liegende ebene Vieleckflächen aus Achtecken bestehen.

6. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei sechseckigen Vieleckflächen durch die oberen und unteren Höcker untereinander verzahnender Formbauteile abgeschlossene Hohlräume bilden, wenn die Seitenflächen sowie die Vieleckflächen der gegenüberliegenden Höcker im Kontakt liegen.

7. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vieleckflächen so ausgelegt sind, dass sich durch die oberen und unteren Höcker untereinander verzahnender Formbauteile miteinander kommunizierende Hohlräume bilden, wenn nur die Seitenflächen korrespondierender Höcker im Kontakt liegen.

8. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei viereckigen oder achteckigen Vieleckflächen durch die oberen und unteren Höcker untereinander verzahnender Formbauteile röhrenförmige abgeschlossene Hohlräume bilden, wenn die Seitenflächen korrespondierender Höcker sowie die Vieleckflächen im Kontakt liegen.

9. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei viereckigen oder achteckigen Vieleckflächen die oberen und unteren Höcker untereinander verzahnender Formbauteile miteinander kommunizierende Hohlräume bilden, wenn nur die Seitenflächen korrespondierender Höcker im Kontakt liegen.

10. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach Patentanspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch geringfügige, durch Fasen, Abrunden der Höckerkanten oder dgl. gebildete Modifikationen der Höckerform vorgenommen werden.

11. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formbauteil oder mehrere ineinander verzahnte Formbauteile als Kern eines Sandwichs verwendet werden.

12. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil, nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abschlussformbauteile ein- oder beidseitig in das räumlich verstrebte flächige Formbauteil eingreifend eingesetzt werden, die zur Anbindung einer Deckplatte eine ebene Gurtstruktur aufweisen und damit die Deckplatte kontinuierlich, rasterförmig unterstützt und einen großflächigen Anschluss gewährleistet.

13. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbauteile durch zusätzliche, steifigkeitssteigernde Einlagen verstärkt werden.

14. Räumlich verstrebtes flächiges Formbauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbauteile an den Kontaktstellen durch Kleben, Schweißen, Nieten oder Löten verbunden werden.

Zeichnung