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DE1504368B1 - Wabenfoermige Struktur aus gewebeverstaerktem Kunststoff und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Wabenfoermige Struktur aus gewebeverstaerktem Kunststoff und Verfahren zu deren Herstellung

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DE1504368B1
DE1504368B1 DE1965H0055786 DEH0055786A DE1504368B1 DE 1504368 B1 DE1504368 B1 DE 1504368B1 DE 1965H0055786 DE1965H0055786 DE 1965H0055786 DE H0055786 A DEH0055786 A DE H0055786A DE 1504368 B1 DE1504368 B1 DE 1504368B1
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DE
Germany
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web pieces
fabric
honeycomb structure
web
pieces
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DE1965H0055786
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Holland Kenneth M
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Hexcel Corp
Original Assignee
Hexcel Corp
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Publication date
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Description

Die Erfindung betrifft eine wabenförmige Struktur aus gewebeverstärktem Kunststoff, bei der die Kettfaden und Schußfäden des Verstärkungsgewebes senkrecht zueinander liegen.
Bei bekannten wabenförmigen Strukturen verlaufen die Achsen der Zellen senkrecht oder fast senkrecht zur Mittelebene der Struktur. Bei einer bekannten Struktur (USA.-Patentschrift 3 114 666) verlaufen im Falle der Verwendung von gewebeverstärktem Bandmaterial die Kettfaden praktisch paral-IeI zu den Achsen der Zellen und die Schußfäden praktisch senkrecht dazu. Derartige Strukturen zeichnen sich bei reiner Druckbeanspruchung durch eine hohe Festigkeit aus. Es wurde aber festgestellt, daß derartige Strukturen bei Biegebeanspruchung keine zufriedenstellende Steifigkeit besitzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine gewebeverstärkte wabenförmige Struktur aus Kunststoff zu schaffen, die sowohl eine ausreichende Festigkeit bei reiner Druckbeanspruchung als auch eine ausreichende Steifigkeit bei Biegebeanspruchung besitzt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kettfaden und die Schußfäden des Verstärkungsgewebes in einem Winkel von etwa 45° zu den Längsachsen der Waben verlaufen. Der Schermodul eines Körpers mit einer solchen wabenförmigen Struktur kann dadurch verbessert werden, daß er senkrecht zu den Längsachsen der Waben liegende Schnittflächen aufweist.
Die erfindungsgemäße Struktur eignet sich insbesondere für eine Belastung, die eine Kraftkomponente besitzt, die in einem spitzen Winkel von 45° zu den Längsachsen der Waben verläuft. Eine solche Last tritt beispielsweise bei einem an den Enden auf Druck beanspruchten Zylinder auf, dessen Wandung aus der wabenförmigen Struktur besteht. Wenn ein solcher auf die Enden wirkender Druck die Struktur in den sogenannten unstabilen Zustand bringt, haben die Druckkräfte Scherkräfte zur Folge, die längs den inneren und äußeren Flächen der Zylinderwand wirken. Das wieder hat zur Folge, daß Innenkräfte entstehen, die in einem Winkel von 45° zu den Längsachsen der wabenförmigen Zellen wirken. Solchen Kräften widersteht am besten ein gewebeverstärkter Kunststoff, bei dem Kette und Schuß unter 45° zu den Längsachsen der wabenförmigen Zellen verlaufen.
Untersuchungen der erfindungsgemäßen Struktur haben ergeben, daß der Elastizitätsmodul gegen Abscherung überraschend stark vergrößert wird, und zwar über 100 1Vo gegenüber den üblichen Strukturen. Die Widerstandsfähigkeit gegen reine Druckbelastung nahm dagegen nur um 20 0O ab.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit wabenförmiger Struktur aus einer gewebeverstärkten Kunststoffbahn mit parallel zu deren Seitenkanten verlaufenden Kettfäden, bei dem auf die Kunststoffbahn zu den Seitenkanten schräg verlaufende und zueinander parallele Klebestreifen derart aufgetragen und bei dem die Kunststoffbahn derart durch parallele Schnitte in gleich große Bandstücke zerteilt werden, daß beim nachfolgenden Aufeinanderstapeln der Bandstücke, wobei die Kanten der Bandstücke genau übereinandergelegt werden, die Klebestreifen benachbarter Bandstücke jeweils auf Lücke liegen, und bei dem nach Verkleben der aufeinandergestapelten Bandstücke diese zu einem Block mit wabenförmigen Zellen aufeinandergespreizt werden, der dann durch parallel zu den Schnittkanten der Bahnstücke geführten Schnitte in einzelne Körper mit wabenförmiger Struktur aufgeteilt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Bahnstücke bildenden Schnitte etwa unter 45° zu den Seitenkanten der Bahnstücke gelegt werden und die Klebestreifen etwa senkrecht zu den Schnittkanten der Bahnstücke aufgetragen werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die Schnitte und die Klebestreifen so gelegt, daß bei dem fertigen Körper mit wabenförmiger Struktur die Kettfäden und Schußfäden etwa unter einem Winkel von 45° zu den Längsachsen der Zellen und den Schnittflächen des Körpers verlaufen.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Rolle mit gewebeverstärkter Kunststoffbahn, von der ein Bahnstück abgetrennt ist,
F i g. 2 eine Vorrichtung zum Auftragen der Klebestreifen und zum Stapeln der Bahnstücke in Aufsicht, g
F i g. 3 einen Teil der Vorrichtung nach F i g. 2 in " Seitenansicht aus der Sicht der Pfeile III-III,
F i g. 4 die Vorrichtuni nach F i g. 2 aus der Sicht der Pfeile IV-IV,
F i g. 5 einen Stapel von Bahnstücken,
F i g. 6 den Stapel nach F i g. 5 nach dem Auseinanderspreizen zu einem Block mit wabenförmigen Zellen,
F i g. 7 einen Teil der wabenförmigen Struktur, der von dem auseinandergespreizten Block nach F i g. 6 abgeschnitten ist,
F i g. 8 eine andere Verrichtung zur Herstellung einer wabenförmigen Struktur.
F i g. 1 zeigt eine Rolle 12 mit einer gewebeverstärkten Kunststoffbahn 16, bei der die Kettfäden 13 parallel zu den Seitenkanten der Kunststoffbahn 16 verlaufen, während die Schußfäden 14 senkrecht zu den Seitenkanten verlaufen. Die Kunststoffbahn 16 wird diagonal entlang den Linien 17, 18 zerschnitten, so daß ein erstes Bahnstück 19 a entsteht. Das Bahnstück 19« hat zwei parallele Seitenkanten A, A' und zwei parallele Schnittkanten B, B'. Die Seiten- ( kanten/ί, A' und die Schnittkanten B, B' des Bahnstückes 19 α bilden ein Rhomboid. Unter Rhomboid soll im Sinne der Erfindung auch ein Rhombus und alle anderen nicht rechteckigen Parallelogramme verstanden werden, deren spitze Winkel zwischen 20° und 60° betragen. Im Beispiel der F i g. 1 ist der Fall eines Rhomboids mit einem spitzen Winkel von 45° gezeigt.
Die Rolle 12 wird diagonal derart zerschnitten, daß mehrere rhomboidische Bahnstücke 19«, 19 b, 19 c usw. entstehen, die alle gleiche Form und Größe haben.
In F i g. 2 besitzt die Vorrichtung einen rechteckigen Rahmen 22 mit einer niederdrückbaren Platte 21, auf der das zuerst abgeschnittene Bahnstück 19« gelegt wird. Die Lagerung der Platte 21 wird weiter unten an Hand der Beschreibung der F i g. 4 erläutert. Eine Klebstoffwalze 23 (vgl. auch F i g. 3) wird von einer Achse getragen, die auf Zahnstangen 32 laufende Zahnräder 24 hat. Eine hinter der Walze 23 liegende Zwischen walze 26,^ bringt den Klebstoff von einer Sammelwalze 26 a, die in einer Wanne 27 mit dem Klebstoff 28 eintaucht, zur Klebstoffwalze 23. Die Walzen und die Vorrichtung zum Aufbringen
des Klebstoffes sind in F i g. 2 vor Beginn der Bewegung gezeigt, die in Richtung des Pfeiles 31 d erfolgt. Wenn sich die Walze 23 und die Zahnräder 24 in Richtung des Pfeiles 31c drehen, bewegt sich das ganze in F i g. 3 gezeigte Aggregat entlang dem Rahmen 22 in Richtung des Pfeiles 31 d, und zwar von rechts nach links. Dabei gelangt von der Walze 26 b der Klebstoff zu den Auftragsrippen 29 der Walze 23. Diese Rippen 29 berühren die Walze 26 & tangential. Wenn sich die Walzen 23, 26 a und 26 & sowie die Wanne 27 und der Klebstoff 28 auf dem Rahmen 22 über die Platte 21 bewegen, werden parallele, in gleichem Abstand zueinander liegende Klebstoffstreifen 33 α oben auf das Bahnstück 19 a aufgetragen. Hat die Vorrichtung zur Auftragung des Klebstoffes die Lage ganz links auf dem Rahmen 22 erreicht, dann wird ein zweites Bahnstück 19 & derart aufgelegt, daß die parallelen Seitenkanten A, A' und die parallelen Schnittkanten B, B' der beiden Bahnstücke 19 a, 19 b genau übereinanderliegen. Die niederdrückbare Platte 21 wird in der F i g. 4
»von Rohren 41 getragen (F i g. 4 und 2), die in Zylindern 42 gleiten, die ihrerseits fest am Wagen 43 aufgehängt sind. In den Zylindern 42 befinden sich Schneckenstangen 44 α, die mit ihren Enden an einer Drehvorrichtung 47 angeschlossen sind. Die Schnekkenstangen44a liegen in den Rohren 41 und greifen dort in Schneckengetriebe 44 b ein. Auf diese Weise wird die Platte 21 über die Rohre 41 getragen.
Wenn die Bahnstücke 19 α, 19 b, 19 c auf die niederdrückbare Platte 21 gelegt werden, dann wird diese Platte 21 durch Drehung der Schneckenstangen 44 α nach unten in Richtung des Pfeiles 46 bewegt, und zwar entsprechend der Dicke des abgeschnittenen Bahnstückes. Die Drehung der Schneckenstangen 44 α kann mittels einer Vorrichtung 47 erfolgen, die ein Getriebe, einen Elektromotor und einen Mikroschalter besitzt, der bei der Bewegung der Walze 23 über die Platte 21 so eingeschaltet wird, daß sich die Platte 21 nach unten bewegt, und zwar entsprechend dem Maß, mit dem der Stapel unter der Trommel 23 durch die aufeinandergelegten Bahnstücke 19 a, 19 b, 19 c usw. aufgebaut wird. Das Maß ) der Absenkung läßt sich durch entsprechende Wahl des Getriebes und der Schneckenstangen so einstellen, daß die Klebestreifen auf die Bahnstücke 19 a, 19 b, 19 c mit gleicher Kraft aufgetragen werden.
In horizontaler Richtung wird der Wagen 43 und damit auch die mittels der Rohre 41 am Wagen 43 befestigte Platte 21 aus der Lage, in der sie an den Anschlägen 30 a anliegt, nach Auftragen der Klebestreifen 33 α in eine Lage bewegt, in der die gegenüberliegende Seite des Wagens 43 an den Anschlägen 30 b anliegt. Die Strecke, um die der Wagen 43 verschoben werden kann, ist in F i g. 2 mit α bezeichnet. Die Strecke entspricht der gewünschten Versetzung der Klebestreifen gegenüber den Klebestreifen des benachbarten Bahnstückes. Nachdem die Schnekkenstangen 44 α die Platte 21 um die Dicke eines Bahnstückes 19 a nach unten bewegt haben, wird die ganze Auftragungsvorrichtung quer zur Platte 21 entgegen der Richtung des Pfeiles 31 d zurückbewegt. Dann wird eine zweite Reihe von Klebestreifen 33 b auf das Bahnstück 19 & aufgetragen. Diese Klebestreifen 33 b sind parallel versetzt zu den Klebestreifen 33 a. Die Walze 23 liegt dann wieder in der ursprünglichen Lage nach F i g. 2. In dieser Lage wird ein drittes Bahnstück 19 c auf das Bahnstück 19 b aufgelegt. Der Wagen 43 und die Platte 21 werden wieder auf der Anlagestellung an den Anschlägen 30 b in die gegenüberliegende Anlagestellung an den Anschlägen 30 a gebracht. Dann wird die Platte 21 wieder abgesenkt. Die ganze Auftragungsvorrichtung wird dann quer über die Platte 21 in Richtung des Pfeiles 31c bewegt, so daß das dritte Bahnstück 19 c parallel versetzt zu den Klebestreifen 33 b mit Klebestreifen versehen wird.
Diese Schritte werden wiederholt, bis die Bahnstücke 19 a, 19 b usw. die gewünschte Dicke des Stapels 34 (F i g. 5) haben.
Die Klebestreifen bilden nach Trocknung, Polymerisation od. dgl., je nach Art des verwendeten Klebstoffes, Dauerverbindungen zwischen den benachbarten Bahnstücken 19 a, 19 b usw. Der Stapel wird nach endgültiger Verbindung der benachbarten Bahnstücke 19 a, 19 b usw. auseinandergespreizt, so daß daraus ein Block 35 mit einer Vielzahl von wabenförmigen Zellen entsteht. Nach völligem Auseinanderspreizen des Stapels kann der Block 35 ausgehärtet, in ein erhärtbares Mittel, z. B. Kunststoff, eingetaucht und wieder ausgehärtet werden, bis die gewünschte Festigkeit erreicht ist. In F i g. 6 ist dieser auseinandergezogene Block 35 gezeigt. Die im Querschnitt sechseckigen Zellen liegen über einem Teil der oberen Fläche des Blockes 35. Die stumpfen sechseckigen Zellenteile, die sich aus den abgeschnittenen Kantend, A' der Bahnstücke 19a bis 19c bilden, sind in F i g. 6 nur an einem Teil des auseinandergezogenen Blockes 35 zu sehen. F i g. 6 zeigt auch, wie die Kettfäden 13 und die Schußfäden 14 in einem spitzen Winkel zu den Längsachsen der einzelnen wabenförmigen Zellen liegen und ebenso in einem spitzen Winkel zur mittleren Ebene der Struktur. Wie ersichtlich, beträgt der Winkel zwischen den Kanten B und A oder A' und B' 45°. Ebenso ist der Winkel der Kettfäden 13 und der Schußfäden 14 zu den Längsachsen der Zellen und zu der mittleren Ebene der Struktur 45°.
Wenn der ganze Block 35 mit einer Dicke T gemäß F i g. 6 auseinandergezogen ist, ausgehärtet und gegebenenfalls in ein erhärtbares Mittel, z. B. Kunststoff, eingetaucht und wieder ausgehärtet ist, kann der Block 35 auf eine andere Dicke ti, ti, t3 durch Schnitte entlang der Linien 35 a, 35 b, 35 c zugeschnitten werden. Die stumpfen Zellenteile, hervorgerufen durch den spitzen Winkel zwischen den Kanten A', B' und A, B ergeben typische stumpfe Endteile 36. Diese Endteile werden entlang den Linien 6-6 als Ausschuß abgekantet. Die sich endgültig ergebende wabenförmige Struktur ist in der F i g. 7 dargestellt. Hier liegen alle Achsen C-C der Zellen 37 in einem Winkel von 45° zu den Kettfäden 13 und den Schußfäden 14 der Gewebeverstärkung.
Während bisher beschrieben ist, wie die gewebeverstärkte wabenförmige Struktur vor dem Zuschneiden in kleinere Scheiben auseinandergezogen wird, ist es auch möglich, zunächst den nicht auseinandergezogenen Stapel 34 in kleinere Streifen zu zerschneiden und dann auseinanderzuziehen.
Ein etwas abgeändertes Verfahren soll an Hand von F i g. 8 im folgenden erläutert werden. Eine Rolle gewebeverstärkten Materials 112, bei dem die Kettfäden 113 und die Schußfäden 114 parallel bzw. senkrecht zu den Seitenkanten der Kunststoffbahn 115 liegen, dreht sich um die Rollenachse 117 in Richtung des Pfeiles 116 a. Die Bahn 115 bewegt sich
in Richtung des Pfeiles 116 b auf einem Förderband mit Leerlauf- und Antriebsrollen. Die Bahn 115 läuft unter einer Aufdruckwalze 123. Diese Aufdruckwalze 123 liegt so, daß schraubenförmig auf der Walze 123 angeordnete Klebstoffauftragseinschnitte 129 Klebestreifen auf der Bahn 115 unter einem Winkel von 45° zu den Bahnkanten auftragen. Die Walze 123 liegt im Abstand von der Klebstoffwalze 126, so daß die letztere die schraubenförmigen Klebstoffauftragseinschnitte 129 tangential berührt. Die Klebstoffwalze 126 dreht sich in der Wanne 127, die den Klebstoff 128 enthält. Bei Drehung der Walze 123 in Richtung des Pfeiles 131 α dreht sich die Klebstoffwalze 126 in Richtung des Pfeiles 131 b. Übermäßiger Klebstoff wird durch ein Blatt 125 abgestreift und wieder zu der Walze 126 zurückgeleitet. Dadurch erreicht man, daß sich der aufzutragende Klebstoff nur in den Einschnitten 129 befindet und der Klebstoff in parallelen und diagonalen Klebstofflinien 133, die gleichen Abstand haben, in einem Winkel von 45° zu den Seitenkanten der Bahn 115 aufgetragen wird. Die Bahn 115 bewegt sich in Berührung mit der Walze 123 gemäß F i g. 8 nach rechts.
Nach Auftragen der Klebstoffstreifen 133 wird die Bahn 115 kontinuierlich nach rechts bewegt und in Querrichtung in Bahnstücke gleicher Länge zerschnitten. Die Schnitte 118 α bis 118 c werden so geführt, daß die Klebstoffstreifen benachbarter Bahnstücke jeweils um die Hälfte der Entfernung 122 seitlich versetzt sind. Die diagonalen Schnittlinien 118 a bis 118 c liegen parallel zueinander und in einem Winkel von 45° zu den Seitenkanten der Bahn. Der Winkel von 45° ist in Fig. 8 mit dem Bezugszeichen
130 bezeichnet. Die Klebestreifen 133 schließen mit mit Schnittkanten 118 a bis 118 g einen Winkel von 90° ein. Jedes Bahnstück 119 α bis 119 e hat die Form eines Rhomboids mit spitzen Winkeln von 45° und zwei parallele Kanten IA, IA' und zwei parallele Kanten Iß, W.
Die Bahnstücke 119 a bis 119 e werden übereinandergestapelt, wie es in F i g. 8 unten rechts dargestellt ist. Das Übereinanderstapeln der Bahnstücke erfolgt in der Reihenfolge, wie sie von der Bahn 115 abgeschnitten werden. Auf diese Weise erreicht man, daß die Klebestreifen benachbarter Bahnstücke jeweils um die Hälfte der Entfernung 122 gegeneinander versetzt liegen. Der Einfachheit halber werden nachfolgend die"Klebestreifen 133 mit 133a bis 133c bezeichnet, wobei 133 a bis 133 c andeutet, daß damit die Klebestreifen auf den Bahnstücken 119 a, 119 b usw. gemeint sind. In diesem Zusammenhand wird auf den rechten unteren Teil der F i g. 8 verwiesen, wo die aufeinanderliegenden Bahnstücke 119 α bis 119 c usw. die Klebestreifen 133 a bis 133 c usw. zeigen. Die Klebestreifen 133 a liegen auf ihrer ganzen Länge zwischen den Klebestreifen 133 b. Alle Klebestreifen liegen in einem Winkel 124 von 45° zu den Seitenkanten IA und IA' und unter einem Winkel
131 von 90° zu den Schnittkanten IB, IB'. Die Kettfäden 113 und die Schußfäden 114 liegen in bezug zu den Klebestreifen unter einem Winkel von 45°, wie dies bei dem Bahnstück 119 e dargestellt ist.
Die Bahnstücke 119« bis 119 c· usw. werden übereinandergelegt und bilden einen Stapel 34, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die nassen Klebestreifen 133« bis 133 c usw. werden getrocknet oder polymerisiert, je nach dem verwendeten Klebestoff und bilden dann eine permanente Verbindung zwischen den einzelnen Bahnstücken des Stapels. Dann kann der Stapel in bekannter Weise auseinandergespreizt werden. Ein so fertiggestellter auseinandergespreizter Block 35 ist in Fig. 6 dargestellt. Dann kann der Block35 auf Dicken ti. ti und /3 zugeschnitten werden, wie in F i g. 6 dargestellt ist. Die stumpfen Endteile werden dann abgekantet und es entsteht eine wabenförmige Struktur, wie in F i g. 7 gezeigt ist. Die Längsachsen der Zellen 37 liegen in einem Winkel von 45° zu den Kettfäden und den Schußfäden der Gewebeverstärkung.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Wabenförmige Struktur aus gewebeverstärktem Kunststoff, bei der die Kettfäden und die Schußfäden des Verstärkungsgewebes senkrecht zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettfäden und Schußfäden in einem Winkel von 45 z zu den Längsachsen der Waben verlaufen.
2. Körper mit wabenförmiger Struktur aus gewebeverstärktem Kunststoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er senkrecht zu den Längsachsen der Waben liegende Schnittflächen aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Körpers mit wabenförmiger Struktur nach Anspruch 2 aus einer gewebeverstärkten Kunststoffbahn mit parallel zu deren Seitenkanten verlaufenden Kettfäden, bei dem auf die Kunststoffbahn zu den Seitenkanten schräg verlaufende und zueinander parallele Klebestreifen derart aufgetragen und bei dem die Kunststoffbahn derart durch parallele Schnitte in gleiche große Bahnstücke zerteilt werden, daß beim nachfolgenden Aufeinanderstapeln der Bahnstücke, wobei die Kanten der Bahnstücke genau übereinandergelegt werden, die Klebestreifen benachbarter Bahnstücke jeweils auf Lücke liegen, und bei dem nach Verkleben der aufeinandergestapelten Bahnstücke diese zu einem Block mit wabenförmigen Zellen auseinandergespreizt werden, der dann durch einen parallel zu den Schnittkanten der Bahnstücke geführten Schnitt in einzelne Körper mit wabenförmiger Struktur aufgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bahnstücke bildenden Schnitte etwa unter 45D zu den Seitenkanten (A, A') der Bahnstücke gelegt werden und die Klebestreifen etwa senkrecht zu den Schnittkanten (B, B') der Bahnstücke aufgetragen werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
DE1965H0055786 1964-04-20 1965-04-14 Wabenfoermige Struktur aus gewebeverstaerktem Kunststoff und Verfahren zu deren Herstellung Pending DE1504368B1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US360955A US3321355A (en) 1964-04-20 1964-04-20 Fabric reinforced plastic product and method of making same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1504368B1 true DE1504368B1 (de) 1970-11-12

Family

ID=23420067

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