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WO1993009947A1 - Leichte sandwichplatte - Google Patents

Leichte sandwichplatte Download PDF

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WO1993009947A1
WO1993009947A1 PCT/DE1992/000953 DE9200953W WO9309947A1 WO 1993009947 A1 WO1993009947 A1 WO 1993009947A1 DE 9200953 W DE9200953 W DE 9200953W WO 9309947 A1 WO9309947 A1 WO 9309947A1
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WO
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cover layers
sandwich
light
core
light sandwich
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PCT/DE1992/000953
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Inventor
Frank Möller
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Moeller Frank
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Definitions

  • the invention relates to a light sandwich panel with two cover layers and a core arranged between them according to the preamble of the main claim.
  • Sandwich constructions are mostly used in the aerospace industry. Common materials for the top layers of sandwich components are fiber-reinforced plastics (GFK, CFK, AFK) aluminum and tropical woods. Plastic hard foams, aramid honeycomb cores, aluminum honeycomb cores, plastic tube cores and balsa wood are used for the sandwich core. Sandwich core and top layers are mostly glued with synthetic resins.
  • the lightest sandwich constructions used so far consist of cover layers made of fiber-reinforced Plastics (epoxy resin matrix) and phenolic resin-soaked aramid honeycomb core (“Honeycomb") in between. There are also various reinforcement fabrics such as glass, aramid and carbon fibers.
  • the all-plastic sandwich construction with outer layers made of fiber-reinforced plastics and rigid foam cores predominates.
  • PVC, PE, PUR, PM1 and PMI rigid foams are used as the core material.
  • These highly crosslinked rigid foams are foamed in blocks and then sawn into plate-shaped core materials.
  • Glass fiber reinforced plastics with an epoxy or polyester resin matrix are generally used as cover layer materials.
  • the resin systems are both cold and warm curing.
  • the core foam is bonded to the cover layer material under pressure and with thermosetting resin systems additionally with temperature (Tarann and Budesku, 1981, and Yang and Chenn, 1991).
  • DE OS 31 00094 discloses a sandwich component with two cover layers made of metal, plywood or fiber-reinforced materials.
  • a support core made of balsa wood blocks is arranged in between.
  • the balsa wood blocks are cuboid or cube-shaped in order to be able to easily adapt to the bending radius of the curved sandwich component.
  • DE PS 30 35 323 a component made of several layers of offset and glued together wide strips of vegetable material is known.
  • the vegetable layers consist of continuous bamboo strips, the strips of one layer being arranged parallel to one another and the strips of adjacent layers being at a predetermined angle to one another. This arrangement of the strips is aimed at increasing the possible forces to be absorbed.
  • DE 3720371 C2 describes a sandwich building board intended for the interior lining of aircraft.
  • a honeycomb core with a foam filling between two cover layers.
  • the cover layers are made of fiber-reinforced plastic.
  • the foam filling consists of melamine foam.
  • the object of the present invention is to provide a light, particularly inexpensive sandwich panel which has increased strength properties compared to conventional sandwich panels, is particularly light and at the same time permits environmentally friendly production and disposal.
  • the light sandwich panel according to the invention consists of two cover layers, between which there is a core formed by hollow plant stems arranged parallel to one another and at right angles to the cover layers. Since the core consists of a natural product, there are no disposal problems with the disposal of such panels, provided that the cover layers also consist of natural materials. The disposal of such sandwich panels is environmentally friendly.
  • the arrangement of hollow plant stems in such a way that they are perpendicular to the two cover layers means that the strength of the hollow plant stems is optimally utilized and such a plate is practically not compressible.
  • the light sandwich plate according to the invention has a high flexural strength, flexural strength and compressive strength. The high compressive strength is achieved by the force of the mutually supporting stems acting in the direction of the fibers.
  • cover layers can be used due to the light core with the same total weight. If wood or wood-based materials are also provided as cover layers, these are considerably lighter than plastic cover layers. As a result, they can also have a correspondingly greater thickness, which, as already explained above, contributes to increasing the strength of the entire plate.
  • the individual plant stalks which can either be packed tightly or spaced apart from one another between the cover layers, remain firmly connected to the cover layers, they are expediently glued to the cover layers.
  • gluing is only necessary on the contact surface with the cover layers: the capillary action causes the adhesive material to pull up on the cell walls, so that a fillet weld is formed and thus additionally strengthens the positioning of the individual armatures.
  • the flexural strength increases with a tight packing of the plant stems. If the plant stems are loosely arranged side by side, the bending strength decreases. If a particularly high bending strength of the sandwich panel is to be achieved, the individual plant stems can be glued to one another over their entire length.
  • the tensile strength and the rigidity of the plate according to the invention are independent of the packing density of the individual plant stems.
  • cover layers consist of wood or wood-based material.
  • a sandwich panel is made exclusively from natural materials, which means that neither environmental problems arise during manufacture nor during disposal.
  • plywood or wood veneer is used as the top layer. These materials show high strength, so that particularly thin cover layers can be used.
  • the core of the sandwich panel consists of straw. Straw has a very high strength in relation to its weight. However, bamboo stalks, Miskanthus stalks, papyrus and similar grasses or grass-like plants can also be used. Of course, these saucers are dried, i.e. stiff condition used.
  • the spatial density of such a sandwich panel according to the invention is approximately 0.15 g / cm.
  • the light sandwich plate according to the invention can also have a curved shape.
  • the manufacturing process of such a plate is just as simple as the manufacturing process of a plate with a two-dimensional expansion without spatial training.
  • the light sandwich panel according to the invention is shown in the drawings and explained in more detail using an exemplary embodiment.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of the light sandwich panel, partially cut away.
  • FIG. 2 detail Z in an enlarged schematic representation.
  • the light sandwich panel has an upper cover layer 1, a lower cover layer 2 and a core arranged between them, formed by grass stems 3 formed parallel to one another and perpendicular to the two cover layers 1, 2.
  • the upper and lower cover layers 1, 2 are made of wood.
  • the hollow grass stems 3 are arranged at right angles to the two cover layers 1, 2.
  • the grass stems 3 are tightly packed. They are connected to the cover layers 1, 2 by gluing.
  • An adhesive layer 4 was applied to the upper and lower cover layers 1, 2.
  • Fig. 2 can be seen how the adhesive 4 is drawn into the spaces between the individual grass stems 3, so that not only a connection of the grass stems 3 to the cover layers 1, 2, but also an additional positioning of the individual grass stems in their perpendicular position to the cover layers 1, 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
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  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Es wird eine leichte Sandwichplatte mit zwei Decklagen (1, 2) und einem Sandwichkern beschrieben. Der Sandwichkern ist zwischen den Decklagen (1, 2) angeordnet und fest mit diesen verbunden. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß der Sandwichkern durch parallel zueinander angeordnete und rechtwinklig mit den Decklagen verbundene hohle Pflanzenstiele (3) gebildet ist.

Description

Leichte Sandwichplatte
Die Erfindung betrifft eine leichte Sandwichplatte mit zwei Decklagen und einem zwi¬ schen diesen angeordneten Kern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Sandwichkonstruktionen werden meistens in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Übliche Werkstoffe für die Decklagen von Sandwichbauteilen sind dabei faserverstärkte Kunststoffe (GFK, CFK, AFK) Aluminium und Tropenhölzer. Für den Sandwichkem werden Kunststoffhartschäume, Aramidwabenkerne, Aluminiumwa¬ benkerne, Tubuskerne aus Kunststoffen sowie Balsaholz eingesetzt. Sandwichkern und Decklagen werden meist mit Kunstharzen verklebt. Die leichtesten, bisher ver¬ wendeten Sandwichkonstruktionen, bestehen aus Decklagen aus faserverstärkten Kunststoffen (Epoxidharzmatrix) und dazwischenliegenden phenolharzgetränkten Aramidwabenkemen ("Honeycomb"). Hierzu kommen verschiedene Verstärkungsgewebe wie Glas-, Aramid- und Kohlefaser. In der Fahrzeug- und Kli¬ matechnik überwiegt die Vollkunststoffsandwichbauweise mit Deckschichten aus faserverstärkten Kunststoffen und Hartschaumkernen. Als Kernstoff dienen PVC, PE, PUR, PM1 und PMI- Hartschäume. Diese hochvernetzten Hartschäume werden in Blöcken geschäumt und anschließend zu plattenförmigen Kernstoffen zersägt. Als Decklagenwerkstoffe werden In der Regel glasfaserverstärkte Kunststoffe mit Epoxid- oder Polyesterharzmatrix verwendet. Die Harzsysteme sind sowohl kalt als auch warm aushärtend. Die Verklebung des Kernschaumes mit dem Decklagenwerkstoff erfolgt unter Druck und be warmaushärtenden Harzsystemen zusätzlich mit Tempe¬ ratur (Tarann und Budesku, 1981, und Yang und Chenn, 1991).
Alle diese Stoffe verbrauchen bei ihrer Produktion erhebliche Energiemengen und setzen bei der Verarbeitung Schadstoffe frei. Die Entsorgung derartiger Bauteile nach Gebrauch ist ebenfalls problematisch, ein Recycling ist nicht möglich. Ein großer an¬ wendungstechnischer Nachteil bei Sandwichbauteilen mit Kunststoff- oder Alumini¬ umdeckschichten besteht außerdem in der geringen Druckfestigkeit der Sandwichplatte bei punktueller, rechtwinklig zur Plattenoberfiäche wirkenden Druck¬ kraft. Die aus Gewichtsgründen dünn gehaltenen Deckschichten können leicht eingedrückt werden. Bei der im Bootsbau üblichen Tropenholzsandwichbauweise werden zum Verkleben und Versiegeln des Balsaholzkernes erhebliche Mengen Epo¬ xidharz verwendet. Auch hier sind Verarbeitung und Entsorgung problematisch und wenig umweltverträglich.
Aus der DE OS 31 00094 ist ein Sandwichbauelement bekannt mit zwei aus Metall, Sperrholz oder faserverstärkten Werkstoffen bestehenden Deckschichten. Dazwi¬ schen ist ein Stützkern aus Balsaholz-Klötzchen angeordnet. Die Balsaholzklötzchen sind quader- oder würfelförmig ausgebildet, um sich leicht dem Biegeradius des gewölbten Sandwichbauelementes anpassen zu können. Daneben ist aus der DE PS 30 35 323 ein Bauelement aus mehreren Schichten versetzter und miteinander verleimter breiter Streifen aus pflanzlichem Material be¬ kannt. Die pflanzlichen Schichten bestehen aus durchgehenden Bambusstreifen, wobei die Streifen einer Schicht parallel zueinander angeordnet sind und die Streifen benachbarter Schichten in einem vorgegebenen Winkel zueinander verlaufen. Durch diese Anordnung der Streifen wird eine Erhöhung der möglichen aufzunehmenden Kräfte angestrebt.
Aus der DE 3720371 C2 ist eine für Innenverkleidungen von Flugzeugen bestimmte Sandwichbauplatte beschrieben. Dabei befindet sich zwischen zwei Deckschichten ein Wabenkern mit einer Schaumstoffüllung. Die Deckschichten bestehen, wie der Wabenkern, aus faserverstärktem Kunststoff. Die Schaumstoffüllung besteht aus Me- laminschaum.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine leichte, besonders kostengünstige Sandwichplatte anzugeben, welche gegenüber herkömmlichen Sandwichplatten erhöhte Festigkeitseigenschaften aufweist, besonders leicht ist und gleichzeitig eine umweltfreundliche Herstellung und Entsorgung erlaubt.
Diese Aufgabe ist durch den im Anspruch 1 angegebenen Gegenstand gelöst. Unteranprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Die erfindungsgemäße leichte Sandwichplatte besteht aus zwei Decklagen, zwischen denen sich ein durch parallel zueinander und rechtwinklig zu den Decklagen angeord¬ nete hohle Pflanzenstiele gebildeter Kern befindet. Da der Kern aus einem Naturpro¬ dukt besteht, treten bei der Entsorgung derartiger Platten, vorausgesetzt, daß die Decklagen ebenfalls aus Naturstoffen bestehen, keine Entsorgungsprobleme auf. Die Entsorgung derartiger Sandwichplatten ist umweltfreundlich. Durch die Anordnung von hohlen Pflanzenstielen derart, daß sie senkrecht auf die beiden Decklagen ste¬ hen, ist die Festigkeit der hohlen RIanzenstiele optimal ausgenutzt und eine derartige Platte ist praktisch nicht zusammendrückbar. Die erfindungsgemäße leichte Sand¬ wichplatte weist eine hohe Biegefestigkeit, Biegesteifigkeit und Druckfestigkeit auf. Die hohe Druckfestigkeit ist durch die in Faserrichtung wirkende Kraft der sich gegen¬ seitig stützenden Stiele erreicht. Außerdem können durch den leichten Kern bei glei¬ chem Gesamtgewicht dickere Decklagen eingesetzt werden. Sind außerdem als Decklagen Holz bzw. Holzwerkstoffe vorgesehen, so sind diese, verglichen mit Kunststoffdecklagen, wesentlich leichter. Dadurch können sie auch eine entspre¬ chend höhere Dicke aufweisen, was, wie oben bereits ausgeführt, zur Steigerung der Festigkeit der gesamten Platte beiträgt.
Damit die einzelnen Pfianzenstiele, welche entweder dicht gepackt oder mit Abständen zueinander zwischen den Decklagen angeordnet sein können, mit den Decklagen fest verbunden bleiben, werden sie zweckmäßigerweise mit den Deckla¬ gen verklebt. Dabei ist eine Beleimung nur an der Berührungsfläche zu den Deckla¬ gen notwendig: Durch die Kapillarwirkung zieht sich das Klebematerial an den Zellwänden hoch, so daß sich eine Kehlnaht ausbildet und so zusätzlich die Positio¬ nierung der einzelnen RIanzenstiele verfestigt. Mit einer dichten Packung der Pflan¬ zenstiele nimmt die Biegefestigkeit zu. Sind die Pfianzenstiele locker nebeneinander angeordnet, nimmt die Biegefestigkeit ab. Soll eine besonders hohe Biegefestigkeit der Sandwichplatte erreicht werden, so können die einzelnen Pfianzenstiele unterein¬ ander über ihre gesamte Länge verklebt werden. Die Zugfestigkeit und die Steifigkelt der erfindungsgemäßen Platte ist jedoch von der Packungsdichte der einzelnen Pflanzenstiele unabhängig.
Vorteilhaft ist, wenn dem Sandwichkern noch andere, zusätzliche Materialien zuge¬ geben werden. Dabei kann es sich um Flammschutzmittel, Insektizide oder festigkeitserhöhende Mittel handeln.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Decklagen aus Holz oder Holzwerkstoff beste¬ hen. Wie oben bereits erläutert, ist eine derartige Sandwichplatte ausschließlich aus Naturstoffen hergestellt, wodurch weder bei der Herstellung noch bei der Entsorgung umwelttechnische Probleme entstehen. Dabei ist es besonders günstig, wenn als Decklagen Sperrholz oder Holzfurniere verwendet werden. Diese Werkstoffe weisen hohe Festigkeit auf, so daß auch besonders dünne Decklagen eingesetzt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform besteht der Kern der Sandwichplatte aus Stroh. Stroh weist auf sein Gewicht bezogen eine sehr hohe Festigkeit auf. Jedoch können gleichfalls Bambusstiele, Miskantusstiele, Papyrus und ähnliche Gräser oder grasähnliche Pflanzen verwendet werden. Selbstverständlich werden diese RIanzen¬ stiele in getrocknetem, d.h. steifem Zustand eingesetzt. Die Raumdichte einer derarti¬ gen erfindungsgemäßen Sandwichplatte beträgt ca. 0,15g/cm .
Die erfindungsgemäße leichte Sandwichplatte kann auch eine gewölbte Form aufwei¬ sen. Der Herstellungsprozeß einer solchen Platte ist genauso einfach wie der Her¬ stellungsprozeß einer Platte mit einer flächigen Ausdehnung ohne räumliche Ausbildung.
Die erfindungsgemäße leichte Sandwichplatte ist in den Zeichnungen dargestellt und anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Eine schematische perspektivische Darstellung der leichten Sandwichplatte, teilweise aufgeschnitten.
Fig. 2 Detail Z in einer vergrößerten schematischen Darstellung.
Die leichte Sandwichplatte weist eine obere Deckschicht 1 , eine untere Deckschicht 2 und einen dazwischen angeordneten, durch parallel zueinander und senkrecht auf die beiden Deckschichten 1 ,2 stehende angeordnete Gräserstiele 3 gebildetenen Kern auf. Die obere und die untere Deckschicht 1 ,2 bestehen aus Holz. Die hohlen Gräserstiele 3 sind rechtwinklig zu den beiden Deckschichten 1 ,2 angeordnet. Die Gräserstiele 3 sind dicht gepackt. Sie sind durch Kleben mit den Decklagen 1,2 ver¬ bunden. Eine Klebeschicht 4 wurde auf die obere und die untere Decklage 1 ,2 aufge¬ tragen. Der Fig. 2 ist entnehmbar, wie sich der Kleber 4 in die Räume zwischen den einzelnen Gräserstielen 3 einzieht, so daß nicht nur eine Verbindung der Gräserstiele 3 zu den Decklagen 1 ,2, sondern auch eine zusätzliche Positionierung der einzelnen Gräserstiele in ihrer senkrechten Lage zu den Deckschichten 1 ,2 entsteht.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1.Leichte Sandwichplatte mit zwei Decklagen und einem Sandwichkern, wobei der Sandwichkern zwischen den Decklagen angeordnet und mit diesen fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sandwichkem durch parallel zueinander und rechtwinklig zu den Decklagen (1 ,2) angeordente hohle Pflanzenstiele (3) ge¬ bildet ist.
2. Leichte Sandwichplatte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Decklagen (1,2) mit den hohlen Pflanzenstielen (3) verklebt sind.
3. Leichte Sandwichplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Decklage (1 ,2) aus Holz oder Holzwerkstoff besteht.
4. Leichte Sandwichplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Holzwerkstoff Sperrholz ist.
5. Leichte Sandwichplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Holzwerkstoff Holzfurnier ist.
6. Leichte Sandwichplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen RIanzenstiele (3) Stroh sind.
7.Leichte Sandwichplatte nach einem der vorangegangenen Anspruche.dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Pflanzenstiele (3) nebeneinander dicht gepackt sind.
8. Leichte Sandwichplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die RIanzenstiele (3) miteinander verklebt sind.
9. Leichte Sandwichplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem aus Pflanzenstielen (3) bestehenden Sandwichkem zusätzlich andere Materialien zugegeben sind.
10. Leichte Sandwichpfatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwichplatte gewölbt ist.
11. Leichte Sandwichplatte nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Raumgewicht etwa 0,15g/cm beträgt.
12. Verwendung von hohlen Pflanzenstielen zur Herstellung einer leichten Sandwich¬ platte, bei der die hohlen Pflanzenstiele parallel zueinander angeordnet senkrecht auf die Decklagen stehen.
PCT/DE1992/000953 1991-11-15 1992-11-14 Leichte sandwichplatte WO1993009947A1 (de)

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