Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen, sowie gefaltete Zellstruktur

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche

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.

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.

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 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 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.

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.

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.

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.

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 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 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 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 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 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 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 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.

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.

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.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die flache Materialbahn in Form eines thermoplastischen Polymers bereitgestellt.

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.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in Form eines

Faserverbundwerkstoffs bereitgestellt. Bevorzugt ist der Faserverbundwerkstoff des Verstärkungsmaterials ausgewählt aus vollständig oder nicht vollständig imprägnierten, thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen.

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.

Vorteilhaft ermöglicht die Bereitstellung des Verstärkungsmaterials in Form von Endlosmaterial die kontinuierliche Herstellung einer gefalteten Zellstruktur mit lokaler Verstärkung.

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.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Verstärkungsmaterial in Form eines Fasermaterials bereitgestellt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden nach Schritt f) und vor Schritt b) in das stoffschlüssig applizierte, endlose Verstärkungsmaterial Schnitte eingebracht.

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.

In einer Ausführungsform werden die Schnitte in das stoffschlüssig applizierte, endlose Verstärkungsmaterial nach Schritt f) und nach Schritt b) eingebracht.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt b) die flache Materialbahn mittels plastischer Verformung und / oder dem Einbringen von Schnittmustern vorstrukturiert.

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.

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.

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.

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 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 einer bevorzugten Ausführungsform werden thermoplastische Polymere als flache Materialbahn in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet.

In einer weiteren Ausführungsform werden Faserverbundwerkstoffe als flache Materialbahn in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden thermoplastische Faserverbundwerkstoffe als Verstärkungsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung gefalteter Zellstrukturen verwendet.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die flache Materialbahn kann jegliches, dem Fachmann bekanntes, zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur geeignetes Material umfassen. Bevorzugt ist die flache Materialbahn ein thermoplastisches 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.

In einer Ausführungsform wird die erfindungsgemäße gefaltete Zellstruktur als Kernmaterial in Sandwichelementen verwendet.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Weiterhin vorteilhaft weist die Vorrichtung eine Steuereinheit auf, die das Zusammenwirken der einzelnen Einrichtungen steuert.

In einer Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung einer gefalteten Zellstruktur mit lokaler Verstärkung verwendet.

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.

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

Ausführungsbeispiele

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Figuren eingehender erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken.

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).

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.

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.

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

1 Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung einer anwendungsspezifisch, lokal verstärkten, gefalteten Zellstruktur

2 Zuführeinrichtung für eine flache Materialbahn eines faltbaren

Materials

3 mindestens eine Zuführeinrichtung für ein Verstärkungsmaterial

4 mindestens eine Einrichtung zum stoffschlüssigen Applizieren des

Verstärkungsmaterials auf die flache Materialbahn

5 mindestens eine Einrichtung zum Vorstrukturieren der flachen

Materialbahn

50 Einrichtung zum Vorstrukturieren mittels dem Einbringen von

Schnittmustern

51 Einrichtung zum Vorstrukturieren mittels plastischer Verformung

6 Gefaltete Zellstruktur

7 Zelle

8 seitliche Zellwand

80 Zellwand mit Verstärkungsmaterial

81 Zellwand ohne Verstärkungsmaterial

82 Zellwand, über die benachbarte Zellen miteinander verbunden sind