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Stark formbare Wabenkerne als Kernschicht geformter Sandwichbauteile finden in vorteilhafter Ausführung bisher lediglich Verwendung in kostenintensiven Anwendungen mit hoher Leistungsklasse. Für eine weite Verbreitung der kombinierten Leichtbauweise fehlen bisher kostengünstige Wabenkerne, die die Formung schadlos überstehen und so ihre Verbundeigenschaften auch im geformten Bauteil aufweisen. Die vorliegende Arbeit befasst sich zunächst mit der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung eines formbaren Papierwabenkerns mit vorgegebener Zellstruktur. Nach dem Funktionsnachweis erfolgt ein Anforderungsabgleich, welcher zeigt, dass eine kostengünstige Herstellung nicht realisierbar ist. Nach Diskussion folgt der Entschluss, den größtmöglichen iterativen Schritt beim Konstruktiven Entwicklungsprozess zu gehen und das gesamte Verfahren als nicht anforderungsgerecht einzustufen. Zugleich wird die vorgegebene Zellstruktur hinterfragt. Darauf basierend erfolgt eine umfangreiche Recherche zu Wabenkernherstellungsverfahren und formbaren Wabenkernen. Aus Letzterem werden sieben Gestaltungselemente abgeleitet, die zur Formbarkeit führen. Mit dieser Kenntnis wird der Entwicklungsprozess erneut durchlaufen. Die Zellstruktur ist dabei nicht definiert, sondern lediglich die zu erzielenden Eigenschaften, wodurch eine möglichst geeignete Produkt-Verfahrenskombination ermittelt werden soll. U. a. resultiert ein Flexibilisierungsverfahren, bei dem gängige Hexagonalwabenkerne aus Papier in einem zusätzlichen Schritt umgeformt werden und so die geforderte Formbarkeit erlangen. Nach der Entwicklung und dem Funktionsnachweis mit einer Prototypenmaschine erfolgt die Weiterentwicklung des Verfahrens. Mit einer Laborversuchsmaschine werden wesentliche Steuergrößen ermittelt, das Wirkprinzip diskutiert, ein erstes Verarbeitungsspektrum erprobt sowie ein Verfahren zur optischen Erfassung von Wabenkernzellstrukturen entwickelt. Letzteres dient der Charakterisierung von Wabenkernen und, speziell beim flexibilisierten Wabenkern, der Vorhersage des Formänderungsvermögens. Abschließend werden wesentliche Verbundeigenschaften eines flexibilisierten Referenzwabenkerns seiner gängigen hexagonalen Form gegenübergestellt und exemplarisch erste Musterformteile gefertigt. Im Rahmen der Arbeit werden entwicklungsübergreifende Forschungsfragen aufgestellt, die anhand gewonnener Erkenntnisse diskutiert werden.:1Einleitung 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Wabenbauweise 2.2 Schalenbauweise 2.3 Wabenformteile 2.4 Geschichte der Waben- und Schalenbauweise 2.5 Wabenkerne - Kategorisierung, Aufbau und Terminologie 2.6 Wabenwerkstoffe - insbesondere Papier 2.7 Ausgewählte Einflüsse auf Wabenkerneigenschaften 2.8 Herstellung von Wabenkernen 2.8.1 Wellprinzip 2.8.2 Reckprinzip 2.8.3 Zellgrundformen sowie Anwendbarkeit des Well- und Reckprinzips 2.9 Formbare Wabenkerne 2.9.1 Papierwabenkerne in Wabenformteilen 2.9.2 Gestaltung und Klassifizierung formbarer Wabenkerne 2.9.3 Herstellung zellstrukturbedingt formbarer Wabenkerne 2.10 Herstellungsaufwand, Leistungsfähigkeit und Kosten 3 Präzisierte Zielstellung und Vorgehensweise 4 Verfahrensentwicklung – Herstellung einer geometrisch definierten Zellstruktur 4.1 Ausgangssituation 4.2 Weiterentwicklung des Herstellungsverfahrens 4.2.1 Vervollständigung des Herstellungsverfahrens 4.2.2 Neuentwicklung Formvorrichtung 4.2.3 Entwicklung Formbaugruppe 4.2.3.1 Fertigung und Erprobung von Formschienen und -baugruppen 4.2.3.2 Entwicklung vorteilhafter Formschienenkonturen 4.2.3.3 Potentiell vorteilhafte Formbaugruppe 4.2.4 Entwicklung Trenn- und Fügemaschine 4.3 Bewertung der Entwicklung und Diskussion 5 Verfahrensentwicklung – Flexibilisierung zum formbaren Wabenkern 5.1 Angepasste Zielstellung und Vorgehensweise 5.2 Ermittlung eines Vorzugsprinzips 5.2.1 Ermittlung geeigneter Lösungsräume 5.2.2 Ermittlung geeigneter Verfahrensprinzipe 5.2.3 Bewertung der Verfahrensprinzipe 5.3 Entwicklung des FlexCore-Verfahrens 5.3.1 Entwicklung FlexCore-Prototyp 5.3.2 Funktionsnachweis 5.3.3 Weitergehende Erprobung 5.4 Bewertung des Flexibilisierungsverfahrens FlexCore 6 Ausarbeitung FlexCore-Verfahren 6.1 Identifizieren verbleibender Entwicklungsschwerpunkte 6.2 Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung von Wabenkern-Zellstrukturen 6.2.1 Konkretisierung der Entwicklungsaufgabe 6.2.2 Ermittlung einer Methode zur Zellstrukturerfassung 6.2.3 Entwicklung eines mobilen Prüfstandes zur Zellstrukturerfassung 6.2.4 Erarbeitung und Erfassung potentiell charakteristischer Kenngrößen 6.3 Maschine für wissenschaftliche Untersuchungen 6.3.1 Maschinenentwicklung 6.3.2 Maschinenerprobung 6.4 Identifizierung charakteristischer Kenngrößen flexibilisierter Zellstrukturen sowie wesentlicher Verfahrenssteuergrößen 6.4.1 Versuchsplanung und -durchführung 6.4.2 Prüfung des Formänderungsvermögens formbarer Wabenkerne 6.4.3 Bestimmung charakteristischer Kenngrößen 6.4.4 Bestimmung wesentlicher Steuergrößen des FlexCore-Verfahrens 6.5 Rückschlüsse zur Funktionsweise des Wirkprinzips 6.6 Erste Erprobung des Verarbeitungsspektrums 6.7 Stützstoffeigenschaften flexibilisierter Wabenkerne 6.7.1 Geometrie- und Masseeigenschaften 6.7.2 Druckeigenschaften - unstabilisiert 6.7.3 Druckeigenschaften - stabilisiert 6.7.4 Schubeigenschaften 6.8 Exemplarische Musterfertigung von Wabenformteilen 7 Zusammenfassung und Ausblick Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellen Anlagen |
