Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kern eines Strukturelements, wobei der Kern im Wesentlichen plattenförmig ist und zwei im Wesentlichen parallele, gegenüberliegende Flächen aufweist, wobei der Kern in zumindest einem Bereich formbar ausgebildet ist, wobei in zumindest einem formbaren Bereich Krümmungen formbar sind, wobei der zumindest eine formbare Bereich des Kerns mit Schlitzen oder Nuten mit einer maximalen Breite und einer Tiefe versehen ist, wobei die Schlitze oder Nuten Abstände zueinander aufweisen, wobei die Strecke zwischen zwei Schlitzen oder Nuten eine im Wesentlichen gerade Verbindungstrecke darstellt. Weiters betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kerns eines Strukturelements, ein Verfahren zur Herstellung eines Strukturelements für Freiformflächen, sowie die Verwendung eines erfindungsgemäßen Strukturelements.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In zahlreichen Gebieten der Technik spielen Freiformflächen bzw. die Herstellung von Freiformflächen eine wesentliche Rolle. Beispielsweise weisen Rotorblätter moderner Windkraftanlagen bestimmte Freiformflächen auf, um Windenergie mit maximaler Effizienz zu nutzen. Ebenso beschäftigen sich im Schiff- und Flugzeugbau sowie in der Automobilfertigung Ingenieure mit der Herstellung von Freiformflächen, um Strömungswiderstände zu minimieren und das optische Erscheinungsbild zu verbessern.

In vielen Bereichen der Architektur spielt neben den technisch vorteilhaften Aspekten von Freiformflächen auch Freiheit in der Formschöpfung eine wesentliche Rolle. Neben den Designentwürfen auf dem Gebiet der Innenarchitektur weisen insbesondere Entwürfe von Bauwerken im Stile der sogenannten bionischen Architektur - auch als Blob-Architektur, Nicht- Standard-Architektur oder Freiform-Architektur bezeichnet - komplexe, fließende und häufig gerundete und biomorphe Formen auf, wodurch die Komplexität und die Kosten für den Bau eines solchen Gebäudes massiv ansteigen.

Der Grund für die hohen Kosten sind meist teure Herstellungsverfahren für die einzelnen Bestandteile bzw. für die einzelnen Strukturelemente einer Freiformfläche. Am Beispiel der Fassade des Kunsthaus Graz von Peter Cook und Colin Fournier oder auch der Stationen der Hungerburgbahn in Innsbruck von Zaha Hadid sind für jedes einzelne, die Freiformfläche bildende Strukturelement in unterschiedlicher Form, aufwendige Formwerkzeuge herzustellen. Bei den besagten Gebäuden handelt es sich um in Form gebrachte Strukturelemente aus Glas- bzw. Plexiglaspaneelen. Weit verbreitet sind jedoch ebenso Sandwich-Leichtbau- Paneele als Strukturelement, wie z.B. die Fassadenpaneele des mobilen Chanel Pavillon von Zaha Hadid, meist bestehend aus zwei Deckschichten, beispielsweise aus Kunststoffen, Glasfaser- und Kohlefaserkunststoffen, Holz, Metall etc. und einem Kern aus beispielsweise Hartschaum (PET, PVC, PUR) oder Vollmaterial (Polyethylen, Balsaholz).

Allen Strukturelementen für Freiformflächen ist jedoch die Formgebung mittels aufwendig hergestellter und kostenintensiver Formwerkzeugen wie Matrizen, Gesenken oder Schalungen gemein. Während sich der Werkzeugbau für die Herstellung von Strukturelementen in hohen Stückzahlen wirtschaftlich sinnvoll abbilden lässt, führt er bei der Herstellung von insbesondere für die Architektur relevanten Strukturelementen in geringen Stückzahlen (beispielsweise zwischen 1 und 10 Stück) zu hohen Kosten. Dementsprechend wird derzeit vor allem im Bauwesen intensiv nach Verfahren gesucht, um freigeformte Strukturelemente ohne die Notwendigkeit von Formwerkzeugen hersteilen zu können, geleitet vom Grundsatz „mass customization“ statt „mass production“. Dazu gehören vor allem robotergestütze Verfahren wie z.B. das Strukturwickeln ( ICD/ITKE Research Pavillon). Sämtlichen Methoden ist gemein, dass sie sich noch im experimentellen Stadium befinden und wenig wirtschaftlich sind.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Methoden bekannt, wie ein Paneel bzw. ein Strukturelement - insbesondere der Kern eines Strukturelementes der Gattung Sandwich- Leichtbau-Paneel - präpariert werden kann, sodass die Formgebung erleichtert wird. Ziel ist dabei stets die Reduktion der Biegefestigkeit in bestimmten Bereichen des zu verformenden Strukturelementes.

Die DE 20 201 1 104 056 U1 beschreibt einen plattenförmigen, drapierbaren Kernwerkstoff, wobei die in die Platte eingebrachten Schnitte lokale Dehnungen und Stauchungen innerhalb der Platte zulassen. Eine solches plattenförmiges Halbzeug kann dann auf räumlich bereits gekrümmte Oberflächen leichter aufgebracht werden. Die Schnitte sind nicht durchgängig, d.h. sie weisen nicht die Länge der Platte selbst auf, sondern sind gezielt lokal begrenzt.

Die CH 484 744 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Sandwichgebilden, bestehend aus Deckschichten und Kernlagen aus geschäumtem Kunststoff, wobei die Oberflächen des Kernmaterials beidseitig mit Einfräsungen versehen werden. Das Einfräsen von Rillen geschieht in Gitterform. Bevorzugt ist dabei ein spiegelgleiches (symmetrisches) Fräsmuster. Die Rillentiefe und die Rillenabstände können in weiten Grenzen variieren, wodurch sich die Geschmeidigkeit steuern lässt, wobei besonders bevorzugt die Einfräsung von Würfelstrukturen ist, wie sie beispielsweise auch für die PET-Schaum-Strukturen Airex® T92.80 oder T92.80 vorgesehen sind.

Bei Platten, die wie in CH 484 744 beschrieben industriell vordefinierte, regelmäßig würfelförmige Fräsungen aufweisen, ist anzumerken, dass aufgrund des nicht auf die Geometrie abgestimmten Rillenmusters ein deutlicher Gewichtsnachteil entsteht, weil sich die geometriebedingt nicht geschlossenen Rillen bei der Weiterverarbeitung zu einem Composite im Vakuuminfusionsverfahren mit Harz füllen, was ein zusätzliches Gewicht von bis zu 10% des Bauteils bedeuten kann. Dies ist in den gewichtssensiblen Branchen (Luftfahrt, Bootsbau, Windkraft), in denen besagte Composite Sandwichstrukturen zum Einsatz kommen, eine erhebliche Belastung.

In EP 0 424 312 A1 wird eine elasto-plastisch verformbare Verbundplatte offenbart, welche nachträglich mit praktisch beliebigen Radien verformt werden kann, ohne die Verbundsteifigkeit wesentlich zu mindern. Dafür wird eine Deckschicht der Verbundplatte vorverformt und die Verbundplatte weist geradlinige, sich über die ganze Breite erstreckende Sicken auf. Um eine beliebige Biegung der Verbundplatte zu erreichen, kann der Abstand der Sicken, deren Tiefe, deren gegenseitiger Winkel sowie deren Querschnittsform variiert werden. Mit der in EP 0 424 312 A1 offenbarten Anordnung der Sicken kann die Verbundplatte allerdings nur einfach gekrümmt bzw. gebogen werden.

Die Formgebung erfolgt bisher beispielsweise mittels Gewichten, wodurch in bestimmten Bereichen größere Krümmungen erzeugt werden können. Eine exakte Formgebung ist dabei nur begrenzt möglich und die Methode ist zudem zeitintensiv und aufwändig - insbesondere durch den Einsatz von Pressen. Die Druckverteilung ist homogener und die Fertigungsgenauigkeit höher, allerdings sind teure, als Form-Negative dienende Werkzeuge erforderlich. Ein anderes Verfahren stellt die Vakuumsack-Methode dar, bei welcher der atmosphärische Druck genützt wird, um das Strukturelement in eine vorgegebene Form zu pressen.

Alle aus dem Stand der Technik bekannte Sandwich-Platten bzw. Strukturelemente sowie die bekannten formgebenden Verfahren weisen den Nachteil auf, dass der Prozess der Formgebung entweder ungenau oder teuer und aufwändig ist. KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, ein formbares Strukturelement bereitzustellen, mit welchem es möglich ist, ohne die Notwendigkeit von teuren Formgebungs-Werkzeugen bzw. Form-Negativen im Wesentlichen beliebige Krümmungen bzw. Freiformsegmente hoher geometrischer Genauigkeit kostengünstig zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kern für ein Strukturelement, wobei der Kern im Wesentlichen plattenförmig ist und zwei vorzugsweise im Wesentlichen parallele, gegenüberliegende und voneinander beabstandete Flächen aufweist, wobei der Kern in zumindest einem Bereich mit Schlitzen oder Nuten mit einer maximalen Breite c und einer Tiefe t versehen ist, wobei die Schlitze oder Nuten Abstände zueinander aufweisen, wobei die Strecke zwischen zwei Schlitzen oder Nuten eine im Wesentlichen gerade Verbindungstrecke darstellt, wobei die Abstände unmittelbar benachbarter Schlitze oder Nuten variieren.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich zumindest zwei Schlitze oder Nuten schneiden und/oder zumindest ein Schlitz oder eine Nut gekrümmt verläuft.

Die Breite c der Schlitze oder Nuten kann gleichbleibend, d.h. für alle Schlitze oder Nuten konstant, ausgeführt sein. Der Vorteil von Schlitzen oder Nuten gleichbleibender Breite c ist, dass für die Herstellung mit beispielsweise CNC-gesteuerten Maschinen kein Werkzeugwechsel notwendig ist und die Fertigung schneller und kostengünstiger erfolgen kann. Mit„maximaler Breite“ ist der breiteste Bereich eines Querschnitts eines Schlitzes oder einer Nut (z.B. U-Form oder V-Form) gemeint.

Die beiden Flächen können polygonale, rechteckige, quadratische, ovale oder kreisförmige Form aufweisen. Die plattenförmigen Kerne sind bevorzugt viereckig. Die äußere Form des Kerns definiert den Rand des plattenförmigen Kerns, wobei jeder Teil des Randes selbst als Rand bezeichnet wird.

In einer Ausführungsform verlaufen die Schlitze oder Nuten geradlinig, wobei die Schlitze oder Nuten im Wesentlichen von Rand zu Rand des Kerns verlaufen und/oder zumindest einer der Schlitze oder Nuten von Rand zu Rand des Kerns verläuft

In einer besonderen Ausführungsform, insbesondere bei komplexen zu formenden Krümmungen, können die Schlitze oder Nuten von einem Rand bis zu einem Bereich innerhalb der Fläche verlaufen. Dabei können mehrere Schlitze oder Nuten von einem Rand in unterschiedliche Bereiche innerhalb der Fläche reichen. In einer Ausführungsform ist denkbar, dass zusätzlich Schlitze vorgesehen sind, welche nicht von einem Rand weg - oder von Rand zu Rand verlaufen, sondern innerhalb der Fläche verlaufen.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Schlitze oder Nuten gekrümmt verlaufen, wobei die Schlitze oder Nuten ebenso im Wesentlichen von Rand zu Rand des Kerns verlaufen. Es kann dabei zweckmäßig sein, dass die Schlitze oder Nuten in zumindest einem Bereich nicht parallel zueinander sind.

Die Form bzw. Geometrie der Schlitze oder Nuten kann beliebig sein, bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass der zumindest eine Schlitz oder die zumindest eine Nut U-förmig ausgebildet sind.

Bei solchen Schlitzen oder Nuten ist der Kern eines Strukturelements im Bereich eines Schlitzes oder einer Nut derart formbar, dass zwei benachbarte und durch einen Schlitz oder Nut getrennte, gerade Verbindungsstrecken einen Winkel g = 180° - ß einschließen, wobei

In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass der zumindest eine Schlitz oder die zumindest eine Nut V-förmig ausgebildet sind.

Bei V-förmigen Schlitzen oder Nuten ist der Kern eines Strukturelements im Bereich eines Schlitzes oder einer Nut derart formbar, dass zwei benachbarte und durch einen Schlitz oder Nut getrennte, gerade Verbindungsstrecken einen Winkel g = 180° - ß einschließen, wobei ß = 2 tan ¹ ( ) ist.

Aufgrund der besagten Formbarkeit bzw. Winkeländerung zwischen zwei benachbarten und durch einen Schlitz oder Nut getrennten, geraden Verbindungsstrecken ist in zumindest einem formbaren Bereich die Anzahl N der Schlitze oder Nuten pro Längeneinheit (bzw. pro Bogenwinkel) gemäß Formel

direkt proportional zum Produkt der formbaren Krümmung k in diesem Bereich mit der Länge des Kreisbogens As mit Radius r = l/k im selben Bereich.

Der mathematische Ausdruck Pn(k) J beschreibt dabei, dass die von der Krümmung abhängige Anzahl N(K) der Schlitze oder Nuten pro Längeneinheit ganzzahlig sein muss und entsprechend nach oben oder unten auf eine natürliche Zahl gerundet wird. Bevorzugt wird kaufmännisch gerundet, wobei die erste wegfallende Dezimalstelle die erste Dezimalstelle ist. Die Breite der Schlitze oder Nuten kann von 0,8 mm bis 40 mm betragen. Die Tiefe der Schlitze oder Nuten ist beliebig, vorzugsweise zwischen 1 mm und 100 mm, wählbar. Besonders bevorzugt sind die Schlitze oder Nuten tiefer als breit.

In einer weiteren Ausführungsvariante werden formgebende Rahmenstrukturen an dafür vorgesehenen Schlitzen im Randbereich des Kerns eingebracht. Diese formgebenden Rahmenstrukturen, vorzugsweise Schablonen, können die Formgenauigkeit der Strukturelemente erhöhen.

Die formgebenden Rahmenstrukturen erlauben zusätzlich eine Vereinfachung des Schlitzmusters, da sie auch einfach geschlitzte Kerne mit beispielsweise regelmäßigen Schlitzen oder Nuten in gewünschte Formen mit komplexen Krümmungen bringen können.

Daher betrifft die Erfindung in einem Aspekt einen Kern eines Strukturelements, wobei der Kern im Wesentlichen plattenförmig ist und zwei vorzugsweise im Wesentlichen parallele, gegenüberliegende und voneinander beabstandete Flächen aufweist, wobei der Kern in zumindest einem Bereich mit Schlitzen oder Nuten mit einer maximalen Breite (c) und einer Tiefe ( t ) versehen ist, wobei die Schlitze oder Nuten Abstände zueinander aufweisen, wobei die Strecke zwischen zwei Schlitzen oder Nuten eine im Wesentlichen gerade Verbindungstrecke darstellt, gekennzeichnet durch formgebende Rahmenstrukturen, wobei die formgebenden Rahmenstrukturen an Schlitzen im Randbereich des Kerns einbringbar sind. Ausführungsvarianten dieses Aspekts entsprechen den Ausführungsvarianten wie zuvor oder nachfolgend beschrieben.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schlitze oder Nuten in zumindest einem Bereich jeweils auf jener der beiden Flächen des Strukturelements angeordnet sind, welche in demselben Bereich konkav krümmbar ist. Bei einfach oder zweifach gleichsinnig krümmbaren Bereichen eines Kerns sind die Schlitze oder Nuten nur auf einer Fläche vorgesehen. Bei zweifach gegensinnigen krümmbaren Bereichen eines Kerns sind die Schlitze oder Nuten auf beiden Flächen eines Kerns vorgesehen, wobei für alle Formen bevorzugt gilt, dass die Schlitze oder Nuten jeweils auf jener der beiden Flächen des Strukturelements angeordnet sind, welche in demselben Bereich konkav krümmbar ist. Dies gilt im Wesentlichen auch für alle krümmbaren Bereiche eines Kerns.

Die Art der Krümmung einer Fläche (konvex oder konkav) wird dabei von der betrachteten Fläche beurteilt, d.h. die Krümmungseigenschaft der gerade nicht betrachteten und (beispielsweise konvex) gekrümmten Fläche kann nicht so ausgelegt werden, dass diese auch als konkav beschrieben werden kann, da die gerade betrachte Fläche eine (entsprechend diesem Beispiel) konkave Krümmung aufweist.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist die Ermittlung eines Schlitzmusters oder Nutenmusters für den Kern eines Strukturelementes, insbesondere um die Formgebung eines Kerns bzw. Strukturelements ohne Formgebungswerkzeuge bzw. Form-Negativen zu realisieren.

Unter diesem Aspekt wurde ein Verfahren entwickelt, umfassend folgende Schritte:

i) Erstellen eines 3D-CAD-Modells einer Freiformfläche entsprechend dem Kern eines Strukturelements mit im Wesentlichen beliebigem Krümmungsverlauf;

ii) Extrahieren zumindest einer isoparametrischen Kurve, wobei die zumindest eine isoparametrische Kurve im Wesentlichen orthogonal (90° ± 10°) zur gewünschten Schnittrichtung der Schlitze oder Fräsrichtung der Nuten ausgerichtet ist;

iii) Projizieren der zumindest einen isoparametrischen Kurve auf eine Ebene;

iv) Approximieren der projizierten isoparametrischen Kurve als Polygonzug, wobei die isoparametrischen Kurve in geradlinige Streckenabschnitte unterteilt wird, wobei die Streckenabschnitte den Verbindungsstrecken zwischen den Schlitzen oder Nuten entsprechen, wobei der eingeschlossene Winkel g = 180° - ß jeweils zweier Verbindungsstrecken für alle Verbindungsstrecken im Wesentlichen gleichbleibend ist, wobei der Winkel ß wie für U-förmige und V-förmige Schlitze oder Nuten beschrieben gegeben ist, wobei jeder Schnittpunkt zweier benachbarter Verbindungsstrecken einem Knotenpunkt entspricht;

v) Abwickeln des in Schritt iv) ermittelten Polygonzugs, wobei die Position der Knotenpunkte des abgewickelten Polygonzugs die Positionen der Schlitze oder Nuten darstellt.

Dieses Verfahren bzw. dieser Algorithmus bewirkt, insbesondere mit der Bedingung, dass der eingeschlossene Winkel g = 180°— ß jeweils zweier Verbindungsstrecken für alle Verbindungsstrecken im Wesentlichen gleichbleibend ist, dass in einem Bereich größerer Krümmung (größer im Vergleich zur Krümmung in einem anderen Bereich) die Dichte an Schlitzen oder Nuten höher (höher im Vergleich zu der Dichte an Schlitzen oder Nuten in einem Bereich kleinerer Krümmung) ist. Insbesondere ist die Anzahl der Schlitze oder Nuten pro Längeneinheit (bzw. Bogenwinkel) direkt proportional zur Krümmung im selben Bereich.

Für zweifach krümmbare Bereiche eines Kerns ist es notwendig, dass die Schritte i) bis v) für eine andere Krümmungsrichtung wiederholt werden. Bevorzugt ist die andere Krümmungsrichtung im Wesentlichen orthogonal zur vorhergehenden zu betrachteten. Für Änderungen der Krümmung entlang des Kerns, insbesondere orthogonal zur gewählten Schnittrichtung für Schlitze oder die Fräsrichtung für Nuten ist es notwendig, dass die Schritte i) bis v) für weitere isoparametrische Kurven durchgeführt werden, wobei die Position der isoparametrischen Kurven entlang der Freiformfläche derart gewählt wird, dass entlang der Schnittrichtung die Änderung der Krümmung im Wesentlichen orthogonal zur Schnittrichtung erfasst werden kann, wobei die Knotenpunkte der isoparametrischen Kurven verbunden werden, wobei jeweils ein Knotenpunkt einer isoparametrischen Kurve mit einem Knotenpunkt einer nächsten isoparametrischen Kurve verbunden wird, wobei sich die Verbindungslinien nicht kreuzen, wobei die Verbindungslinien stetige Polygonzüge bilden, wobei die Polygonzüge durch Anpassungsfunktionen geglättet werden und jede Anpassungsfunktion einer Schnittlinie für Schlitze oder einer Fräslinie für Nuten entspricht.

In einer bevorzugten Ausführungsform, insbesondere für komplexe zu formende Krümmungen, werden die Schlitze oder Nuten bereichsweise eingebracht, wobei die Schlitze oder Nuten von einer Abwicklung einer durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve zu einer Abwicklung einer unmittelbar benachbarten und/oder nicht unmittelbar benachbarten und durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve eingebracht werden.

Besonders bevorzugt werden in einem Bereich komplexer Krümmung, d.h. in einem Bereich hoher Krümmungsvariabilität, Schlitze oder Nuten von einer Abwicklung einer durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve zu einer Abwicklung einer unmittelbar benachbarten und/oder nicht unmittelbar benachbarten und durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve eingebracht, wobei das Schlitz- oder Nutenmuster zwischen zwei Abwicklungen von zwei unmittelbar benachbarten und durch Polygonzüge approximierten isoparametrischen Kurven bestimmt wird.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Strukturelements.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturelements, umfassend folgende Schritte:

i) Ermitteln eines Schlitzmusters oder Nutenmusters gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren;

ii) Einarbeiten der Schlitze oder Nuten entsprechend dem ermittelten Schlitzmuster oder Nutenmuster in Schritt i) in den Kern;

iii) optional Eindecken des Kerns mit zumindest einer Decklage als Hülle; iv) optional Einarbeiten von zusätzlichen Schlitzen an den Randflächen des Kerns und Einbringen von formgebenden Rahmenstrukturen in diese Schlitze;

v) optional Einlegen einer thermoplastischen Schmelzfolie auf den Kern bzw. zwischen Kern und Decklage;

vi) Einbringen des geschlitzten Kerns in einen Vakuumsack und Erzeugen von Unterdrück im Vakuumsack, wobei durch die in den Kern eingebrachten Schlitze oder Nuten die Form, welche der Kern unter Einwirkung des atmosphärischen Drucks einnimmt, definiert ist;

vii) optional Harzinfusion bei Unterdrück im Vakuumsack, wobei das Harz den Kern umströmt und die Flanken der Schlitze oder Nuten nach der Aushärtung adhäsiv miteinander verbindet.

In einer weiteren Lösung der Aufgabe können in wie in Schritt iv) beschrieben bei der Einarbeitung der Schlitze oder Nuten zusätzliche Schlitze an Positionen im Randbereich des Kerns eingebracht werden. In diese Schlitze können vor dem Einbringen des geschlitzten Kerns in den Vakuumsack formgebende Rahmenstrukturen umfassend Schablonen gesteckt werden. Die Formgebung der Rahmenstrukturen erfolgt im Zuge der Formgebung des Kerns im Vakuumsack. Die Schablonen können dabei gänzlich in den Schlitzen versenkt werden oder zum Teil herausstehend sein. In ersterem Fall können die Rahmenstrukturen dann je nach Dimensionierung und Material eine tragende Rolle spielen, während in letzterem Fall die überstehenden Schablonen eine Montagehilfe darstellen können, wobei der Überstand beispielsweise mit einer tragenden Unterkonstruktion verschraubt werden kann.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein Strukturelement für Freiformflächen, erhalten durch das Verfahren zur Herstellung eines solchen sowie durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Strukturelements zur geometrischen Modellierung von Gebäude- und/oder Möbelelementen und/oder Flugzeug- und/oder Schiffsbauteilen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kerns ist, dass der formbare, mit Schlitzen bzw. Nuten versehene Kern auch als verlorene Schalung für die Herstellung zweifach gekrümmter Paneele dienen kann. Genauer gesagt, kann dafür die zu krümmende Paneel-Werkstoffplatte gemeinsam mit dem Kern in den Vakuumsack eingebracht werden und im Vakuumprozess über den sich formenden Kern in die gewünschte Form gebracht werden. Als Paneel- Werkstoffplatte eignen sich hierfür besonders thermoplastische bzw. kunstharzbasierte Werkstoffe, aber auch Furnierhölzer, zellulosebasierte Werkstoffe und diverse Textilwerkstoffe.

Weitere Details, Ausführungsformen und Vorteile werden anhand der Figuren erläutert. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt, repräsentativ für einen erfindungsgemäßen Kern eines Strukturelements, eine zweifach gekrümmte Freiformfläche F mit isoparametrischen Kurven L _x J _y in der Perspektive, wobei je eine isoparametrische Kurve in x- und y-Richtung hervorgehoben sind.

Fig. 2a, 2b zeigen die auf eine Ebene projizierten isoparametrischen Kurven L _x J _y der

Fig. 1 in x- und y-Richtung sowie Polygonzüge A _x ,A _y , welcher die entsprechenden isoparametrischen Kurven L _x J _y approximieren, wobei alle unmittelbar benachbarten gerade Verbindungsstrecken denselben Winkel g einschließen.

Fig. 3 zeigt das durch den erfindungsgemäßen Algorithmus ermittelte Schnittmuster zur Ermöglichung der werkzeugfreien Formung der in Fig. 1 gezeigten Freiformfläche F in der Draufsicht, Vorderansicht und Seitenansicht sowie die abgewickelten Polygonzüge A _x' ,A _y in x- und y-Richtung.

Fig. 4a, 4b zeigen zwei Ausführungsformen von Schlitzen bzw. Nuten, V-Form und U- Form, sowie die dazugehörige Beschreibung der Geometrie für die Berechnung des entsprechenden Winkels ß.

Fig. 5a zeigt eine isoparametrische Linie L _x einer Freiformfläche mit einem Bereich der

Länge As mit konstanter Krümmung K. Fig. 5b zeigt den dazugehörigen approximativen Polygonzug A _x .

Fig. 6a zeigt ein Strukturelement mit der Freiform der Fig. 1 mit Facetten, begründet durch die Tiefe der Schlitze oder Nuten, entsprechend nahezu der Dicke des Kerns.

Fig. 6b zeigt ein Strukturelement mit der Freiform der Fig.1 ohne Facetten bzw. mit nur schwach ausgeprägten Facetten, begründet durch die geringere Tiefe der

Schlitze oder Nuten, verglichen mit der Dicke des Kerns.

Fig. 7a zeigt ein Schlitz- bzw. Nutenmuster für eine Freiformfläche mit komplexerem

Krümmungsverlauf.

Fig. 7b zeigt die zu formende Freiformfläche mit komplexerem Krümmungsverlauf, wobei sich die Krümmung in y-Richtung entlang der x-Richtung ändert Fig. 8a zeigt den plattenförmigen Kern eines Strukturelements mit V-förmigen Schlitzen auf einer der beiden Flächen in der Perspektive und in der Draufsicht

Fig. 8b zeigt die daraus resultierende Formbarkeit von zweifach gleichsinniger

Krümmungen entlang des Kerns. Fig. 9a zeigt ebenso den plattenförmigen Kern eines Strukturelements mit V-förmigen Schlitzen auf beiden Flächen in der Perspektive und in der Draufsicht.

Fig. 9b zeigt die daraus resultierende Formbarkeit von einfach gegensinnigen

Krümmungen.

Fig. 10a zeigt ein erfindungsgemäßes Strukturelement, geformt mittels Vakuumsack- Methode, wodurch die Form selbstfindend geschieht, wobei die Flanken der Schlitze entweder adhäsiv oder durch eine thermische Behandlung miteinander verbunden werden.

Fig. 10b zeigt ein Strukturelement mit aufgebrachtem vorimprägnierten Fasergewebe als

Decklage, hergestellt mit demselben Vakuumsack-Verfahren.

Fig. 10c zeigt die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturelements mittels

Vakuum-Infusions-Verfahren.

Fig. 11 a zeigt ein erfindungsgemäßes Strukturelement ohne Decklage aus

Fasergewebe.

Fig. 11 b zeigt dasselbe Strukturelement mit optionaler Decklage aus Fasergewebe.

Fig. 12a zeigt den Kern mit Schlitz- bzw. Nutenmuster eines erfindungsgemäßen

Strukturelements, das mittels Vakuumsack-Methode geformte Strukturelement sowie dessen Verwendung als Teil eines Sessels.

Fig. 12b zeigt den Kern mit Schlitz- bzw. Nutenmuster eines erfindungsgemäßen

Strukturelements, das mittels Vakuumsack-Methode geformte Strukturelement sowie dessen Verwendung als Teil eines Flugzeugflügels.

Fig. 12c zeigt den Kern mit Schlitz- bzw. Nutenmuster eines erfindungsgemäßen

Strukturelements, das mittels Vakuumsack-Methode geformte Strukturelement sowie dessen Verwendung als Teil eines Bootes.

Fig. 12d zeigt den Kern mit Schlitz- bzw. Nutenmuster eines erfindungsgemäßen

Strukturelements, das mittels Vakuumsack-Methode geformte Strukturelement sowie dessen Verwendung als Teil einer Windkraftanlage.

Fig. 13 zeigt ein erfindungsgemäßes Strukturelement mit formgebenden

Rahmenstrukturen, die in vorgesehene Schlitze im Randbereich des Kerns gesteckt werden.

Fig. 13b zeigt ein erfindungsgemäßes Strukturelement mit formgebenden

Rahmenstrukturen im Randbereich des Kerns, welche mit Überstand in die Schlitze gesteckt werden und am Überstand mit tragenden Unterkonstruktionen verschraubt werden. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Fig. 1 zeigt eine zweifach gekrümmte Freiformfläche F. Diese Darstellung wird näherungsweise für einen Kern eines Strukturelementes bzw. für ein Strukturelement selbst herangezogen, unter der Annahme, dass die Dicke d des plattenförmigen Kerns (verglichen mit der Breite und Länge) vernachlässigbar ist. Am digitalen Modell, erstellt mit einer kommerziellen CAD-Software, können isoparametrische Kurven der Freiformfläche dargestellt werden. Die Pfeile am Schnittpunkt von zwei orthogonal aufeinander stehenden isoparametrischen Kurven L _x J _y deuten die gewählte Schnittrichtung für den folgenden Prozess des Schützens oder des Nutens an.

Isoparametrische Kurven sind Kurven , deren u- und/oder v-Parameter auf einer Fläche, relativ zu einem Koordinatensystem, konstant sind. Mit solchen Kurven können Krümmungen einer Fläche visualisiert werden. Die u- und v-Paramater geben dabei einen Abstand zu einem Koordinatenursprung an.

Um, ausgehend von einem 2-dimensionalen plattenförmigen Kern, eine in Fig. 1 gezeigte Freiformfläche bzw. ein frei gekrümmtes Strukturelement erzeugen zu können, ist es aufgrund der Mannigfaltigkeit 2-dimensionaler Flächen und auch gekrümmter Flächen notwendig, in zu bestimmenden Bereichen eines Kerns überschüssiges Material zu entfernen. In umgekehrter Analogie dazu können gekrümmte Flächen nicht auf einer 2-dimensionalen Fläche ausgebreitet werden, ohne die Fläche zu„zerreißen“.

Aus diesem Grund sieht die Erfindung für einen Kern eines freigeformten Strukturelementes Ausnehmungen in definierten Bereichen in Form von Schlitzen oder Nuten vor. Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Kern mit einem Schlitzmuster bzw. Nutenmuster in verschiedenen Ansichten, wobei der Kern derart verformbar ist, dass die Erzeugung einer Freiformfläche gemäß Fig. 1 mit hoher Genauigkeit realisierbar ist.

Ein erfindungsgemäßer Kern ist im Wesentlichen plattenförmig und weist zwei im Wesentlichen parallele, gegenüberliegende Flächen auf, wobei der Kern eine Dicke aufweist. Die beiden Flächen sind von einer den Umfang bildenden Linie begrenzt. In Fig. 3 weist diese Linie rechteckige Form auf. Der Kern ist in zumindest einem Bereich formbar ausgebildet, wobei in zumindest einem formbaren Bereich Krümmungen formbar sind, wobei der zumindest eine formbare Bereich des Kerns mit Schlitzen oder Nuten mit einer maximalen Breite und Tiefe versehen ist. Die Schlitze oder Nuten weisen definierte, der späteren Form entsprechenden Schlitze oder Nuten auf, wobei die Strecke zwischen zwei Schlitzen oder Nuten eine im Wesentlichen gerade Verbindungstrecke darstellt, wobei die Abstände der Schlitze oder Nuten zueinander abhängig vom formbaren Krümmungsverlauf variieren.

Die die Flächen begrenzende Linie bildet den Umfang eines Kerns und damit den Rand des plattenförmigen Kerns, wobei jeder Teil des Randes selbst als Rand bezeichnet wird.

Ausgangsmaterialien für erfindungsgemäße Strukturelemente sind beispielsweise Kernwerkstoffe aus Hartschaum wie Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polyurethan oder Vollmaterial wie Polyethylen, Balsaholz und daraus zu fertigende Sandwich- Leichtbauplattenwerkstoffe aus GFK und Polyurethan-Hartschaum, GFK und Polyvinylchlorid- Hartschaum, Balsa Sperrholz und Polyethylen-Hartschaum, CFK und Balsa-Kernwerkstoffe und dergleichen. Auch die Verwendung von Metallen wie Aluminium, Kupfer, Stahl oder auch Glas oder Plexiglas oder dergleichen als Werkstoff für Decklagen eines Strukturelements bzw. für Strukturelemente ist denkbar.

Zur Ermittlung eines Schlitzmusters oder Nutenmusters gemäß Fig. 3 konnte ein Algorithmus gefunden werden, mit welchem Schlitzmuster oder Nutenmuster für die Realisierung von im Wesentlichen beliebig gekrümmten bzw. krümmbaren Freiformflächen ermittelt werden können.

Fig. 2a und 2b veranschaulichen die essentielle Bedingung des Algorithmus. Die jeweils oberen Kurven entsprechen den in Fig. 1 hervorgehobenen isoparametrische Kurven in x- bzw. in y-Richtung. Die Wahl der zumindest einen isoparametrischen Kurve in die jeweilige Richtung hängt von der Art des Krümmungsverlaufs der Freiformfläche F ab. Im speziellen Fall der Freiformfläche F gemäß Fig. 1 (zweifach gleichsinnig gekrümmt) ist zu beachten, dass zwei Krümmungen als überlagert zu betrachten sind. Eine Krümmung verläuft entlang der y- Achse und die andere entlang der x-Achse. Die entlang der y-Achse verlaufende Krümmung ist dabei in jedem Bereich entlang der x-Achse gleich und umgekehrt. Demensprechend ist für jede Richtung lediglich eine isoparametrische Kurve L _x J _y auszuwählen, um ein entsprechendes Schlitzmuster oder Nutenmuster zu erhalten, wobei die isoparametrischen Kurven idealerweise orthogonal zur gewünschten Schnitt- bzw. Fräsrichtung S _x ,S _y ausgerichtet sind. Bevorzugt sind die isoparametrische Kurven L _x J _y in ihrem Schnittpunkt ebenfalls orthogonal zueinander ausgerichtet.

Die gewählte isoparametrische Kurve L _x , L _y wird auf eine Ebene projiziert. Die Ebene ist dabei im Wesentlichen parallel zur gewählten Schnitt- bzw. Fräsrichtung S _x ,S _y . Am Beispiel der Fig. 2a wird die projizierte isoparametrische Linie L _x durch einen Polygonzug A _x approximiert, wobei die Approximation einem erfindungsgemäßen Algorithmus mit festgelegten Bedingungen erfolgt. Fig. 2b zeigt dies für die komplementäre Richtung.

Eine wesentliche Bedingung ist dabei, dass zwei unmittelbar benachbarte, geradlinige Verbindungsstrecken des Polygonzugs A _x einen Winkel g einschließen und insbesondere alle solche unmittelbar benachbarten Verbindungsstrecken-Paare denselben Winkel g einschließen. Die Verbindungsstrecken-Paare bilden in dem Punkt, indem sie sich treffen jeweils einen Knotenpunkt K, wobei die Knotenpunkte K dem Winkelscheitel und die Verbindungsstrecken-Paare den Schenkeln des Winkels g entsprechen.

Als Konsequenz ergibt sich, dass in einem stark gekrümmten Bereich die Anzahl der Knotenpunkte zwangläufig zunehmen muss, um die entsprechende isoparametrische Kurve unter der Bedingung des erfindungsgemäßen Algorithmus approximieren zu können. In einem weniger gekrümmten Bereich ist die Anzahl der Knotenpunkte hingegen reduziert. In einem ungekrümmten, also ebenen Bereich sind keine Knotenpunkte vorzufinden.

In einem weiteren Schritt wird der Polygonzug A _x (im Sinne der darstellenden Geometrie) abgewickelt. Fig. 2a und b zeigen ebenso die jeweiligen Abwicklungen A _x' ,A _y' der Polygonzüge A _x ,A _y mit Knotenpunkten K. Die über den Algorithmus ermittelten Knotenpunkte K definieren dabei die Positionen der Schlitze oder Nuten.

Der Algorithmus und insbesondere die Konsequenz daraus kann mit den Fig. 4 und 5 im Detail erklärt werden.

Die Fig. 4a und 4b zeigen zur Illustration zwei unterschiedliche Formen eines Schlitzes oder einer Nut in einem Kern der Dicke d eines Strukturelements. Die Proportionen sind dabei zugunsten der Übersicht deutlich verfälscht dargestellt.

Fig. 4a (oben) zeigt eine V-förmigen Nut mit der Tiefe t und einer maximalen Breite c, wobei die beiden Flanken der V-förmigen Nut einen Winkel ß = 2 a einschließen.

Der Winkel ß beschreibt, um welchen Winkel der Bereich des Kerns rechts (oder links) der Nut relativ zum linken (oder rechten) Bereich des Kerns umformbar ist (vgl. Fig. 4a unten) und errechnet sich aus

Diese Formel ergibt sich aus geometrischen Überlegungen und beschreibt den formbaren Winkel ß exakt. Daraus folgt für den die beiden angrenzenden Flächen (im Schnitt entsprechend den unmittelbar benachbarten Verbindungsstrecken-Paaren eines Polygonzugs) einschließenden Winkel g = 180° - ß.

Die Ausführung eines Kerns mit V-förmigen Schlitzen oder Nuten ist hinsichtlich der maximal erzielbaren Kontaktfläche der Flanken der Schlitze oder Nuten bei der gewünschten Verformung bevorzugt (Fig. 4a unten). Dies resultiert in höherer Formgenauigkeit. Zur Herstellung V-förmiger Schlitze ist es jedoch notwendig, entweder mit einem Sägeblatt (beispielsweise einer Kreissäge) zwei Schnitte bei unterschiedlicher Werkzeugstellung durchzuführen (je ein Schnitt pro Flanke), oder ein spezielles Werkzeug entsprechend der Form der Nut zu produzieren.

Fig. 4b (oben) zeigt eine U-förmige Nut (mit rechteckigem Querschnitt) mit der Tiefe t und der Breite c, wobei der Winkel ß den möglichen formbaren Winkel bezeichnet. Für Nuten mit dieser Form errechnet sich der Winkel ß aus

wobei dieser den formbaren Winkel lediglich näherungsweise beschreibt, da die Geometrie der Nut nach der Verformung nicht in trivialer Weise zu bestimmen ist (vgl. Fig. 4b unten). Für den eingeschlossenen Winkel zwischen den beiden angrenzenden Flächen gilt wiederum g = 180° - ß.

Die Ausführung eines Kerns mit U-förmigen Schlitzen kann beispielsweise mit einem Sägeblatt bzw. einer Kreissäge eingebracht werden. Ein Schlitz bzw. eine Nut kann dabei mit einem Schnitt eingebracht werden.

Die Fig. 5a zeigt eine projizierte isoparametrische Kurve L _x mit einem Bereich konstanter Krümmung k der Länge As. Dieser Bereich entspricht einem Kreisbogen mit Radius r = und liegt innerhalb der beiden vertikalen, kurzen Striche.

Fig. 5b zeigt die dazugehörige geometrische Konstruktion des durch einen Polygonzug A _x approximierten Kreisbogens mit Radius r und der Länge As. Die Anzahl N(K) der Knotenpunkte K ist direkt proportional zur Krümmung k im entsprechenden Bereich, wobei die Formel wie folgt hergeleitet werden kann:

Die Krümmung eines Kreisbogens ist gegeben durch das Verhältnis k = wobei Af den Winkel bezeichnet, welcher den Bereich konstanter Krümmung k der Länge As einschließt. Dieser Winkel kann näherungsweise als ganzzahliges Vielfaches des Winkels ß geschrieben werden, womit folgt, dass k «

Umstellen der Gleichung führt direkt auf die Formel

Die Klammern G J bedeuten dabei, dass für die Anzahl N(As, ) auf die näherliegende ganze Zahl gerundet wird.

Die kurze (heuristische) Herleitung zeigt, dass bei konstant bleibendem Winkel ß, welcher anhängig von der Form eines Schlitzes oder einer Nut ist, die Anzahl N(AS, K) der nötigen Schlitze oder Nuten pro Bogengrad vom Produkt der Krümmung k mit der Länge As des Bereichs (welcher die besagte konstante Krümmung aufweist) abhängt. Für verschiedene Krümmungen in verschiedenen Bereichen entlang des Kerns eines erfindungsgemäßen Strukturelements und bei fix gewähltem As für alle Bereiche ändert sich damit die Anzahl N(k ) der notwendigen Schlitze oder Nuten proportional zur Krümmung /c(x,y) im entsprechenden Bereich und folglich ändern sich die Abstände von unmittelbar benachbarten Schlitzen oder Nuten entsprechend.

Die Fig. 6 zeigen einen geformten Kern, wobei die Form gemäß Fig. 1 realisiert wurde. Das Schlitz- oder Nutmuster wurde dabei mit dem erfindungsgemäßen Algorithmus eruiert. Aus Fig. 6a ist erkennbar, dass die Schlitz- oder Nutentiefe t der Dicke d des Kerns entspricht, was zu einer Facettierung an der konvexen Seite der gekrümmten Freiformfläche führt. In Fig. 6b ist die Schlitz- oder Nutentiefe mit t « 0,75 - d derart gewählt, sodass die Facettierung im Wesentlichen nicht mehr oder nur mehr in geringem Maße erkennbar ist.

In manchen Situationen kann eine Facettierung gewünscht sein. Insbesondere hat es sich gezeigt, dass im Falle von gekrümmten oder nicht parallel zueinander verlaufenden Schlitzen oder Nuten Facetten entstehen, welche der geometrischen Dynamik des Strukturelements bzw. eines durch mehrere Strukturelemente gebildeten Bauteils optisch entspricht und die Facettierung somit nicht störend, sondern optisch vorteilhaft wirkt.

In vielen Fällen sind geradlinige, jeweils in die x- und y-Richtung parallel zueinander verlaufende Schlitze oder Nuten das Ergebnis des erfindungsgemäßen Algorithmus. Die Schlitze oder Nuten in x-Richtung sind dabei vorzugsweise orthogonal zu jenen in y-Richtung angeordnet.

Bei speziell gekrümmten Freiformflächen können jedoch aus folgenden Gründen auch gekrümmte oder nicht zueinander parallel verlaufende Schlitze oder Nuten aus einem erweiterten erfindungsgemäßen Algorithmus resultieren. In einem solchen komplizierteren, nicht dargestellten Fall, bei welchem beispielsweise die entlang der y-Achse verlaufende Krümmung in jedem Bereich entlang der x-Achse verschieden ist, sind in beliebigen Abständen entlang der x-Achse isoparametrische Kurven L _y auszuwählen, wobei jede dieser Kurven gemäß erfindungsgemäßem Algorithmus durch einen Polygonzug approximiert und abgewickelt wird. Die Polygonzüge mit ihren Knotenpunkten K sind entsprechend der zuvor gewählten Abstände entlang der x-Achse in der Ebene anzuordnen, sodass jeweils ein Knotenpunkt K einer isoparametrischen Kurve mit einem nächsten Knotenpunkt K einer nächsten isoparametrischen Kurve verbunden werden kann. Dies wird für alle Knotenpunkte K einer isoparametrischen Kurve wiederholt, wobei sich die Verbindungslinien nicht kreuzen dürfen. Zusätzlich zu dieser Bedingung kann beispielsweise festgelegt werden, dass immer die nächstliegenden Knotenpunkte verschiedener Polygonzüge miteinander verbunden werden. Dieses Prozedere ist in die komplementäre Richtung in gleicherweise durchzuführen.

Die zusammengesetzten Verbindungslinien zwischen den Knotenpunkten K können durch eine Ausgleichsfunktion geglättet werden, wobei jede Ausgleichsfunktion einer zum Schlitz oder Nutenmuster gehörenden Schlitz- oder Nutenlinie entspricht. Folglich ist es wahrscheinlich, dass die Schlitze oder Nuten nicht geradlinig, sondern krummlinig vorzusehen sind.

Für komplexere Krümmungen wie in Fig. 7 gezeigt, werden die Knotenpunkte K nicht verbunden. Es ist dann vorgesehen, dass die Schlitze oder Nuten von zumindest einem Teil der Knotenpunkte K einer Abwicklung A _x.' (hier i = 1, ... ,4) einer durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve zu einer nächsten Abwicklung A _x.+l' einer unmittelbar benachbarten und/oder nicht unmittelbar benachbarten und durch einen Polygonzug approximierten isoparametrischen Kurve eingebracht werden. Die Schlitze oder Nuten können dabei alle parallel oder gekrümmt oder teilweise parallel und teilweise gekrümmt verlaufen. Es kann auch notwendig sein, empirisch zu eruieren, zwischen welchen Abwicklungen von approximierten isoparametrischen Kurven die Schlitze oder Nuten verlaufen, wobei für die Approximation jeder isoparametrischen Kurve der erfindungsgemäße Algorithmus angewandt wird.

In Fig. 7a ist exemplarisch dargestellt, dass entlang der x-Richtung eine isoparametrische Kurve gewählt und durch einen Polygonzug approximiert wurde, wobei die Abwicklung A _y' mit ihren Knotenpunkten K dargestellt ist. Entlang der y-Richtung werden in diesem Beispiel vier Abwicklung A _x.' (i = 1, ... ,4) gewählt, wobei die Abwicklung A _{x '} mit den entsprechenden Knotenpunkten K exemplarisch dargestellt ist. In Fig. 8a ist beispielhaft ein Kern mit mittels erfindungsgemäßem Algorithmus eruiertem Schlitz- oder Nutenmuster zu erkennen. Die Schlitze oder Nuten werden mittels Schneidverfahren oder Fräsverfahren eingebracht. Das überflüssige Material eines Schlitzes oder einer Nut kann U-förmig spanend abgetragen werden, beispielsweise mit einer Kreissäge oder einer Fräse, oder mit zwei Schnitten V-förmig als Vollmaterial entfernt werden, wobei auch Lasergravieren denkbar ist. Auch thermische Verfahren jeglicher Art können zum Einbringen von Schlitzen oder Nuten zum Einsatz kommen.

Das Einbringen der Schlitze oder Nuten dient dabei neben der notwendigen Beseitigung von überschüssigem Material (aufgrund der Mannigfaltigkeit) auch der gezielten Reduktion der (lokalen) Biegefestigkeit im Bereich der Schlitze oder Nuten. Die Biegefestigkeit ist dabei über die Tiefe t der Schlitze oder Nuten einstellbar.

Der Kern gemäß Fig. 8a ist zweifach gleichsinnig krümmbar, wie insbesondere in Fig. 8b zu erkennen. Durch die adhäsive Verbindung der Flanken der Schlitze oder Nuten kann die Form dauerhaft fixiert werden. Die Fig. 9 zeigen analog dazu einen einfach gegensinnig krümmbaren bzw. gekrümmten Kern eines Strukturelementes.

Allen formbaren erfindungsgemäßen Kernen ist gemein, dass Schlitze oder Nuten im Bereich der Fläche mit konkaver Krümmung vorgesehen sind. In besonderen Ausführungsformen können auch Schlitze oder Nuten im Bereich der Fläche und/oder Flächen mit konkaven und/oder konvexen Krümmungen vorgesehen sein.

Die Fig. 10 zeigen das Grundprinzip eines Verfahrens zur Herstellung unterschiedlicher erfindungsgemäßer Strukturelemente. Die Formgebung wird dabei durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Vakuumsack-Methode realisiert. Bei diesem Verfahren wird ein zunächst plattenförmiger und erfindungsgemäß mit Schlitzen oder Nuten versehener Kern eines Strukturelements in einen Vakuumsack S eingebracht, welcher im Wesentlichen luftdicht verschlossen wird. Über eine Leitung V wird mittels Vakuumpumpe bzw. Unterdruckpumpe ein Unterdrück im Vakuumsack S erzeugt. Dies bewirkt, dass der Kern aufgrund des allseitig vorherrschenden atmosphärischen Drucks die gewünschte Form einnimmt und das erfindungsgemäße Strukturelement gebildet wird. Mit einem erfindungsgemäßen Kern mit einem Schlitz- oder Nutenmuster gemäß dem erfindungsgemäßen Algorithmus kann die Formgebung ohne Form-Werkzeuge bzw. Form-Negative wie Gesenke, Schalungen und dergleichen erfolgen. Die Form eines erfindungsgemäßen Strukturelementes ist somit selbstfindend. Um zu gewährleisten, dass die Form ohne Unterdrück im Vakuumsack erhalten bleibt, werden die Flanken der Schlitze miteinander verklebt, entsprechend der Fig. 10a und b. Ein Kleber oder Harz wird dabei bereits vor der Einbringung des Kerns in den Vakuumsack S eingebracht. Der Vakuumsack S wird nach Aushärtung des Klebers entfernt.

Außerdem kann eine thermoplastische Schmelzfolie auf den flachen Kern bzw. zwischen Kern und Decklage vor dem Einbringen in den Vakuumsack S eingelegt werden. Diese Schmelzfolie dient einerseits dem verkleben der Schlitze und andererseits dem Verkleben des Kerns mit der Decklage. Des Weitern bietet eine solche Schmelzfolie auch Vorteile in einem möglichen Recycle-Prozess, da dadurch die unterschiedlichen Materialien mittels Temperprozessen wieder voneinander getrennt werden können.

Bevorzugt erfolgt eine thermische Behandlung - abhängig vom verwendeten Ausgangsmaterial beispielsweise bei 80°C in einem Ofen oder dergleichen - , welche zum selben Ziel führt. Eine thermische Behandlung während der Erzeugung eines Unterdrucks im Vakuumsack S kann vorteilhaft sein, da sich der Kern durch die strukturelle Änderung des Materials in Richtung der gewünschten Form sozusagen unterstützend zusammenzieht. Dafür muss der verwendete Werkstoff für das Strukturelement natürlich stauch- und dehnbar sein und vorzugsweise thermoverformbar. Bei dem Formgebungsprozess im Vakuumsack mit zusätzlicher Temperaturzufuhr von vorzugsweise 60 bis 120°C muss sich der Werkstoff lokal erheblich in unterschiedliche Richtungen dehnen und stauchen, damit ein homogenes zweifach gekrümmtes Strukturelement entstehen kann. Unter der Temperaturzufuhr im Vakuumsack beginnt der Werkstoff zu fließen und es schließen sich die Schlitze bzw. Nuten, wodurch sich ein homogenes Strukturelement ergibt. Ein thermoverformbarer Werkstoff kann dabei die Ungenauigkeiten des Schlitz- bzw. Nutmusters interpolieren. Ein wesentlicher Vorteil dieser thermischen Behandlung ist außerdem, dass das erfindungsgemäße Strukturelement die Form, die es im Vakuumsack einnimmt, behält, ohne dass zusätzliche Klebestoffe oder sonstige Fixierungen erforderlich sind.

In der Fig. 10b ist gezeigt, dass der Kern und folglich das Strukturelement an einer oder beiden Flächen mit einem Fasergewebe als Decklage versehen werden kann. Das Fasergewebe kann bevorzugt ein sogenanntes Prepreg („preimpregnated fibers“) sein. Dabei handelt es sich um vorimprägnierte textile Faser-Matrix-Halbzeuge bestehend aus Polyester- oder Epoxyharz, und aus Glasfaser-, Kohlefaser -, Naturfaser- oder Aramidfasergewebe. Als Decklage können jedoch verschiedenste Materialen, beispielsweise feuerresistente, UV-beständige, reflektierende, dekorative Materialien aus Metall, Holzwerkstoff, Kunststoff oder dergleichen zum Einsatz kommen.

Eine weitere Variante des Verfahrens ist in Fig. 10c gezeigt. Dabei wird das Vakuuminfusions- Verfahren angewandt. Neben der Vakuumleitung V ist eine weitere Leitung H zur Infusion von Harz vorhanden, wodurch der Kern, mit oder ohne Fasergewebe, mit Harz getränkt werden kann. Wiederum kann der Vakuumsack S nach der Aushärtung des Harzes entfernt werden, wobei die Form des Strukturelement erhalten bleibt.

Die Fig. 1 1 a zeigt ein fertiges, einfach gegensinnig gekrümmtes Strukturelement ohne Decklage, Fig. 1 1 b zeigt ein solches Strukturelement mit Decklage. Wie bereits erwähnt kann die Decklage diverse Eigenschaften aufweisen und verschiedene Aufgaben übernehmen. In erster Linie dient die Decklage der Stabilität und somit der Belastbarkeit des Paneels. Bei einer zweiseitigen Hülle, bei welcher jeweils zumindest eine Deckschicht auf eine Fläche des Kerns aufgebracht wird, entsteht ein 3-lagiges (oder mehrlagiges) Verbundbauteil bzw. ein sogenanntes Sandwichpaneel. Der leichte, aber wenig schub- und biegesteife Kernwerkstoff bildet mit den zwei dehnsteifen Deckschichten ein hochbelastbares und dennoch sehr leichtes Strukturelement.

Wird die Decklage bzw. Hülle nur einseitig aufgebracht, erhöht diese noch die Biegesteifigkeit des Kerns, und die Belastbarkeit ist gegenüber einem Strukturelement mit zwei gegenüberliegenden Deckschichten als Hülle jedoch verringert. Der Kernwerkstoff dient jenseits der Formgebung in einem solchen Fall meistens der Wärme- und Schalldämmung bzw. als sogenannte verlorene Schalung.

Die Decklage kann außerdem auch dekorativen Charakter aufweisen. Beispielsweise ist die Einbringung flächiger Lichtelemente oder andersförmiger Lichtelemente denkbar. Weiters kann die Decklage aus flexiblen Photovoltaikelementen bestehen, um insbesondere in der Anwendung für ein Gebäude einen ökologischen und energieeffizienten Ansatz zu verfolgen.

Im Falle von Freiformflächen, bei welchen die konvex gekrümmte Seite und damit die schlitz- bzw. nutenfreie Seite der Sichtseite entspricht, kann die gewünschte Decklage inklusive optionaler Oberflächenbeschichtung bereits am ebenen Kern angebracht werden. Dadurch ergibt sich bei Decklagen, welche im ebenen Zustand am Kern mit deutlich weniger Aufwand aufgebracht werden können als im gekrümmten eine erhebliche Arbeitsersparnis. Ein erfindungsgemäßes Strukturelement kann beispielsweise auch derart gestaltet sein, insbesondere können die Schlitze oder Nuten derart gestaltet sein, dass stromführende Elemente eingebracht werden können. Denkbar ist dabei, dass die in Fig. 4b (unten) erkennbaren Hohlräume für Stromleitungen genützt werden. Bei der Anordnung mehrerer Strukturelemente könnten die Stromleitungen jeweils zweier benachbarter Strukturelemente miteinander verbunden werden. Ein V-förmiger Schlitz gemäß Fig. 4a kann beispielsweise im spitz zusammenlaufenden Bereich zusätzliche Ausnehmungen aufweisen, sodass stromführende Elemente bzw. Stromleitungen oder Lichtelemente oder dergleichen untergebracht werden können.

Solche zusätzliche Ausnehmungen können auch vorteilhaft für die Verformung sein, da einer möglichen Wulstbildung entgegengewirkt wird. Auch können Aussparungen im Bereich der an den Flächen des Kerns angrenzenden Kanten vorgesehen sein, um den Harzfluss in die Schlitze oder Nuten zu begünstigen.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass bereits vor dem Einbringen von Schlitzen oder Nuten auf den zu schlitzenden Bereich eines Kerns verstärkende Gewebelagen bzw. Fasergewebelagen aufgebracht werden. Diese verstärkenden Lagen können dann mitgeschlitzt werden. Eine solche Verstärkung verbessert die Stabilität im Bereich zwischen den Schlitzen oder Nuten, was in erhöhter Formgenauigkeit und Formstabilität resultiert.

Erfindungsgemäße Strukturelemente können in sämtlichen Bereichen der Technik, insbesondere in der Architektur, im Schiffs- und Flugzeugbau sowie im Windkraftanlagenbau eingesetzt werden. Einige Beispiele sind in den Figuren 12a-12d dargestellt. Dabei sind jeweils in der linken Spalte die Schlitz- bzw. Nutenmuster an einer Fläche des Kerns, in der mittleren Spalte das im Vakuumsack-Verfahren geformte Strukturelement und in der rechten Spalte die Verwendung des Strukturelements als Bauteil. So können mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens schnell und kostengünstig Stühle/Sessel wie in Fig. 12a gezeigt hergestellt werden. Das Strukturelement kann dabei dem gesamten Sitz samt Lehne entsprechen, welcher nur noch mit dem/den Stuhlbein/en verbunden werden muss. Außerdem können auch Bauteile eines Flugzeugflügels - dargestellt in Fig. 12b - aus einem thermoplastisch verformbaren Werkstoff mit erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden. Sogar noch größere Bauteile wie die in Fig. 12c gezeigten Schiffsbauteile oder der in Fig. 12d dargestellte Flügel eines Windrades können anhand eines erfindungsgemäßen Schlitz- bzw. Nutenmuster im Vakuumsack effizient und kostengünstig ohne irgendwelche zusätzlichen Werkzeuge geformt werden. Zusammengefasst können im Bereich der Architektur mit solchen kostengünstig herzustellenden Strukturelementen jegliche freigeformte Fassaden hergestellt werden. In der Innenarchitektur können Möbelelemente hergestellt werden. Im Schiffs- und Flugzeugbau sowie im Windkraftanlagenbau ist die Formgestaltung jeglicher Art denkbar. Dabei können wie in den Figuren 12b - 12d gezeigt mehrere Strukturelemente aneinandergefügt werden, wobei ein einzelnes Strukturelement einem Freiformsegment entspricht.

Neben der kostengünstigen Herstellung gehören die hohe Formgenauigkeit sowie die hohe Stabilität bei leichtem Gewicht zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Strukturelemente. Die hohe Formgenauigkeit kann außerdem noch erhöht werden, indem vor dem Einbringen des Kerns in den Vakuumsack zusätzliche formgebende Rahmenstrukturen angebracht werden. Diese können nach der Formgebung mittels Vakuuumsack-Methode entweder einfach am Strukturelement verbleiben oder als Montagehilfen verwendet werden. Zusätzlich erlauben die formgebenden Rahmenstrukturen eine starke Vereinfachung des Schlitzmusters am Kern, da sie trotz vereinfachtem Schlitzmuster den Kern in eine gewünschte Form bringen können. Zur genaueren Erläuterung sind in Fig. 13a und 13b an einem Beispiel Anbringungen und mögliche Verwendungen der formgebenden Rahmenstrukturen skizziert. Fig. 13a zeigt ein Strukturelement A, das aus mehreren Kernen B zusammengesetzt wird. Der Kern B weist zusätzlich zu den Krümmung des Strukturelements A entsprechenden Schlitzen- und Nuten an den Randflächen Schlitze D aus, in welche die Rahmenstrukturen C gesteckt werden können. Die Rahmenstrukturen C können dabei zur Gänze im Schlitz D versenkt werden. Bei den Rahmenstrukturen C kann es sich um Schablonen handeln, die wie der Kernwerkstoff aus ebenen Plattenwerkstoffen mittels Lasercuttern bzw. Fräsen gefertigt werden. Die Geometrie der Schablonen wird dann im formgebenden Prozess mitgeneriert.

Je nach Dimensionierung und Material können die Rahmenstrukturen C auch zur tragenden Rolle des Strukturelements beitragen. Die Schablonen können beispielsweise aus Holzwerkstoffen, Metall oder Faserverbund bestehen. Außerdem können die Rahmenstrukturen C als Montagehilfen dienen. Dafür müssen die Rahmenstrukturen C wie in Fig 13b gezeigt mit einem Überstand in die vorgesehenen Schlitze D am Kern gesteckt werden. Dieser Überstand kann dann mit einer tragenden Unterkonstruktion G verbunden werden. Das Strukturelement A ist somit einerseits stabiler und formgenauer durch die verwendeten Rahmenstrukturen C und kann andererseits direkt nach dem Formgebungsprozess mit einer tragenden Unterkonstruktion G verschraubt werden.