Die Erfindung betrifft eine Zellstruktur, die Materiallagen eines flächigen Materials umfasst, wobei jeweils zwei übereinander anliegende Materiallagen miteinander gefügte Verbundabschnitte und nicht miteinander gefügte Losabschnitte im Wechsel aufweisen. In den Verbundabschnitten sind die übereinander anliegenden Materiallagen miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. Währenddessen liegen sie im Bereich der Losabschnitte nur aufeinander, solange eine Expansion noch nicht stattgefunden hat, ohne jedoch verbunden zu sein. Die Zellstruktur wird durch die Expansion, bei der die Materiallagen voneinander weggezogen werden, in einer W-Richtung ausgebildet. Die W-Richtung und eine L-Richtung spannen senkrecht zur W-Richtung eine W-L- Ebene in der expandierten Zellstruktur auf. Bei der Expansion bilden sich in den expandierten Losabschnitten Zellen aus, wobei sich in W-Richtung und/oder in die L- Richtung die Größe der Zellen in einem Zellgrößenverhältnis V unterscheidet. Weiterhin bestimmt eine T-Richtung senkrecht zur W-L-Ebene eine Höhe T der Zellstruktur. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Zellstruktur und einen Zellstützkern zur Verwendung in einer Sandwichstruktur. Die L-Richtung („Length“) der Zellstruktur entspricht der Ausrichtung der ebenen Materiallagen vor der Expansion, und die W-Richtung („Width“) ist die Expansionsrichtung.

Zur Realisierung von Strukturen mit sehr hohem Leichtbaugrad eignet sich die Sandwichbauweise besonders gut. Diese Bauweise erhöht im Vergleich zu monolithischen Strukturen bei wesentlich geringerem Gewicht die Biegesteifigkeit und die Biegefestigkeit von Bauteilen signifikant. Die Sandwichbauweise beinhaltet die Schichtung von zumeist zwei vergleichsweise dünnen, sehr steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischenliegenden dickeren, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, die als Sandwichkern oder Stützkern bezeichnet wird.

Als Sandwichkern bzw. Zellstützkern kommt neben Schäumen vorrangig diskret aufgebaute Zellstrukturen zum Einsatz. Diese zeichnen sich meist durch regelmäßige, sich wiederholende geometrische Formen aus. Die bekanntesten Vertreter dieser Gruppe sind die Honigwabenkerne (engl. honeycomb cores), die eine regelmäßige hexagonale Zellgeometrie aufweisen. Die regelmäßige hexagonale Zellgeometrie, die mit einer dritten Dimension zu einer regelmäßigen Wabenstruktur führt, stellt die optimale Lösung dar, wenn höchste Stabilität bei minimalem Materialeinsatz erreicht werden soll. Dieser dem aufmerksamen Beobachter offenkundige Fakt konnte erst vor wenigen Jahren auch mathematisch bewiesen werden (https://en.wikipedia.org/wiki/ Honeycomb_conjecture). Derartige Zellstützkerne können aus flächigen Materialen (z. B. Papiere oder dünne, folienartige Metall- oder Polymerwerkstoffe) aufgebaut werden, deren Abmessungen in einer Raumrichtung, der Dicke, viel kleiner im Vergleich zu den Abmessungen in den beiden dazu orthogonal verlaufenden Raumrichtungen, der Länge und der Breite, ist. Die Materialien weisen auch erforderliche Verformungseigenschaften auf. Zur Herstellung derartiger Zellstützkerne sind verschiedene Verfahren bekannt.

Ein wichtiges Herstellungsverfahren für Zellstützkerne ist das Expansionsverfahren. Ein flächiges Material wird hierzu dem Prozess auf einer Rolle definierter Breite bereitgestellt. Bei einem bekannten Expansionsverfahren werden zunächst Fügestellen (z. B. Klebstoffstreifen, Lötstellen) mit konstanter Fügebreite und konstantem Abstand (bezüglich der Materialverarbeitungsrichtung, auch als MD-Richtung bezeichnet) zwischen den flächigen Materialien untereinander hergestellt, wobei die Klebstoffstreifen mit konstanter Breite und konstantem Abstand (bezüglich der MD-Richtung) über Walzen aufgebracht werden. Durch Abtrennen der quasi endlos in MD-Richtung zugeführten und mit Klebstoff versehenen Materialbahnen werden Materiallagen mit definierter Breite und Länge erzeugt und anschließend aufeinander abgelegt. Für die Ausbildung einer gleichmäßigen Zellstruktur für einen Zellstützkern müssen bei jeweils gleicher Materiallage der Fügestellen (die beispielsweise geklebt sind) die Materiallagen vorbestimmt alternierend abgelegt werden.

Der so entstandene Stapel flächiger Materialbögen mit partiellen Fügestellen (z. B. Klebungen) wird im nächsten Schritt zu der Zellstruktur, insbesondere zu dem Zellstützkern expandiert. Dazu wird an der oberen und der unteren Materiallage in dem Stapel aus den abgelegten und gefügten Materiallagen über die gesamte Fläche in Stapelrichtung mit einer definierten Geschwindigkeit gezogen. In diesem Prozessschritt werden die nicht verbundenen Bereiche der Materiallagen, nachfolgend als Losabschnitte bezeichnet, in Expansionsrichtung aufgezogen, womit sich die Querschnittsgeometrie der Zellstützkerne einschließlich der hinzutretenden Längenverjüngung quer zur Expansionsrichtung ausbildet. Mit der Längenverjüngung verkleinert sich das Maß des expandierten Zellstützkerns quer zur Expansionsrichtung gegenüber dem Maß der flachen Materiallagen bzw. des Stapels.

In Abhängigkeit von der Breite B der verarbeiteten Materialbahnen entstehen Ze II Strukturen, insbesondere Zellstützkerne bzw. Kernblöcke mit einer Höhe T. Die entstandenen Kernblöcke werden in Abhängigkeit vom eingesetzten Grundwerkstoff sowie entsprechend dem Anwendungsfall teilweise mit duroplastischen Kunststoffsystemen zum Zweck der Stabilisierung beschichtet. Nachfolgend werden von den Kernblöcken Zellstützkernschichten der erforderlichen Höhe mittels geeigneter Trennverfahren abgetrennt.

Es gibt somit zwei Möglichkeiten, die finale Kernschichtdicke, die Dicke bzw. Höhe der Zellstützkerne, herzustellen. Nach der ersten Möglichkeit erfolgt dies durch Abtrennen von Zellkernschichten aus einem zuvor hergestellten Kernblock. Die zweite Möglichkeit besteht darin, die von der Rolle kommenden Materiallagen bereits in der finalen Zellstützkernhöhe in Abrollrichtung zuzuschneiden, alternativ werden Materialbahnen bereits in der Breite, die der finalen Höhe des Zellstützkerns entspricht, verwendet. Neben der Richtung der verklebten, doppelten Zellkernwände mit L und der Expansionsrichtung mit W Kernschichtdicke wird die Höhe mit T bezeichnet.

Die Ausbildung der geometrischen Form und Größe der Zellen durch den Expansionsprozess hängt maßgeblich von der Breite und den Abständen der Fügestellen der einzelnen Materiallagen und dem Expansionsgrad ab. Die derzeit angewandten Prozesse nutzen ausschließlich Fügungen gleichmäßiger oder sich gleichmäßig wiederholender Längen und Abstände, sodass sich unabhängig von der Zellgeometrie gleichmäßige Zellmuster mit denselben Zellgrößen über die gesamte W- L-Ebene der Zellstruktur ausbilden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Ze II Strukturen bzw. Zellstützkernformen bekannt, welche über den Expansionsprozess herstellbar sind.

So beschreibt die Druckschrift AU 2012216374 B2 eine Zellstruktur mit regelmäßigen Sechseckzellen, überexpandierten Zellen, die von der sechseckigen Form durch fortgesetzte Expansion in eine Rechteckform übergegangen sind, sowie Hourglaszellen, die aus der Rechteckform seitlich gestaucht sind, und eine Walnuss-Zelle ohne scharfe Faltkanten in der Zellgeometrie. Aus der Druckschrift CA 2960779 ist eine Zellstruktur mit Y-Wabenzellen bekannt und die Druckschrift CN 107283927 sieht Zellverstärkungen im Inneren jeder Zelle vor. Bei der Druckschrift WO 99/17922 A1 wird im Randbereich eine fünfeckige Zelle gebildet, die der Y-Zelle ähnelt. Diese bildet den seitlichen Abschluss für eine regelmäßige Sechseckzellstruktur. Durch die spezielle Ausbildung der Fügestellen ist es nach dieser Lösung lediglich möglich, eine veränderte Zellgeometrie an den Rändern der Wabe, welche die Abschlüsse in L-Richtung bilden, zu formen. Bei all diesen Zellstrukturen wiederholen sich ansonsten in der Fläche identische Zellgeometrien, die auch immer dieselben Größen aufweisen. Unterschiedliche Zellgrößen in einer Struktur sind jedoch aus der Druckschrift DE 858 224 B bekannt. In den beschriebenen Ausführungsformen wechseln sich breite und schmale sechseckige Zellen ab oder in die Zellwand im gefügten Bereich ist noch eine kleine, viereckige Zelle eingebracht. Aber auch diese Zellmuster sind regelmäßig und wechseln sich in einem gleichmäßigen Rhythmus ab.

In der Druckschrift EP 0 703 841 B1 bzw. DE 693 28 978 T2 sind in W-Richtung der Wabe veränderliche Zellgrößen beschrieben. Vorgeschlagen wird ein Herstellungsverfahren, bei dem getrennt voneinander gewellte Lagen mit zwei unterschiedlichen Zellgrößen hergestellt und faktisch im finalen Formzustand, was der fertig expandierten Zellstützkernform entspricht, zusammengefügt werden (vgl. EP 0703 841 B1 , Fig. 3A - 3D). Mit diesem Verfahren sind somit auch nur Zellgrößenübergänge mit erheblich eingeschränkter Variabilität realisierbar, da ganz bestimmte Übergangsformen für die Verbindungsstellen benötigt werden. Insbesondere bietet die Druckschrift eine Lösung für Zellkerne mit einem Zellgrößenübergang ausschließlich für ein Zellgrößenverhältnis von 2:1 , da die Schweißstellen in gleichförmigen Abständen voneinander angeordnet sein müssen. Dabei wird eine rautenartige Zellgeometrie ausgebildet. Das vorgeschlagene Verfahren ist nur für metallische Werkstoffe (Aluminium, rostfreier Stahl und Titanfolien) geeignet, da die Lagen durch einen Schweißprozess (Laserschweißstellen) verbunden werden. Ein Zellkern mit regelmäßiger hexagonaler Zellgeometrie und mit Zellgrößenübergängen in horizontaler Richtung kann nicht erzeugt werden. Für variable Zellgrößenverhältnisse und für nichtmetallische Werkstoffe ist das Verfahren ebenfalls nicht geeignet. Das liegt darin begründet, dass thermisches Schweißen eine linienförmige Verbindung schafft, sodass nur geringe Fügebreiten zwischen den Schichten realisierbar sind. Die Fügelängen sind im Vergleich zu den restlichen nicht gefügten Längen kurz. Folglich weisen ausgebildete Zellen vielmehr die rautenförmige Geometrie auf anstelle einer regelmäßigen hexagonalen Geometrie. Eine hexagonale Zellgeometrie ist mit gleichmäßigen Schweißabständen nicht erzeugbar. Eine Anpassung der lokalen Materialeigenschaften zur Kompensation der zwangsweise auftretenden Problematik der Steifigkeitsverteilung sowie der Veränderung der Expansions- und Strukturverjüngungseigenschaften sind ebenfalls nicht möglich.

Unterschiedliche Zellgrößen in beliebiger, unregelmäßiger Anordnung offenbart die Druckschrift DE 10 2019 133 452 A1 mit einer expandierbaren Zellstruktur. Die Ausbildung eines Koppelgetriebes durch die Zellwände führt dazu, dass die Querkontraktion der Gesamtschicht stark begrenzt, zumindest aber kontrollier- und vorhersehbar wird. Bei der Expansion handelt es sich in dieser Ausführung um einen Aufstellprozess. Eine bevorzugte Grundgeometrie besteht aus symmetrisch aufgebauten Zellen in horizontaler Richtung und aus zwei Zellreihen in vertikaler Richtung. Eine Erweiterung der Grundgeometrie in vertikaler Richtung ist durch ein Übereinanderfügen mehrerer expandierter Grundgeometrien möglich. Grundlegend ist in dieser Lösung eine klare geometrische Struktur notwendig, um den Aufstellprozess mit einem Koppelgetriebe zu ermöglichen. Die Zellen sind im vollständig expandierten bzw. überexpandierten Zustand geometrisch determiniert, nahezu quadratisch bzw. rechteckig. Für die Erweiterung der Struktur in vertikaler Richtung werden oben- und untenliegende Grenzlagen als Strukturabschluss benötigt. Eine geometrisch determinierte Struktur ist in vielen Fällen, vor allem für Zellstützkerne, nicht erforderlich, erhöht jedoch den Aufwand erheblich.

Obwohl das Expansionsverfahren eine konventionelle und einfache Möglichkeit zur Herstellung einer regelmäßigen Zellstruktur bietet, gibt es nach dem Stand der Technik keine Möglichkeit, in der Ebene der Zellstruktur die Zellgeometrie sowie insbesondere die Zellgröße bei vorgegebener bzw. konstanter Zellgeometrie zu ändern, ohne dass das konventionelle Expansionsverfahren zur Herstellung von Zellstützkernblöcken grundlegend verändert werden müsste. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zellstruktur, ein Verfahren zu deren Herstellung und einen daraus hervorgehenden Zellstützkern anzubieten, um solche Änderungen mit einem bekannten Expansionsprozess zu realisieren.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Zellstruktur, die Materiallagen eines flächigen Materials umfasst, wobei jeweils zwei übereinander anliegende Materiallagen miteinander gefügte Verbundabschnitte und nicht miteinander gefügte Losabschnitte im Wechsel aufweisen. Das flächige Material im Sinne der Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass es sich vor allem in einer Ebene, in Länge und Breite, erstreckt. Es weist demgegenüber eine sehr geringe Dicke auf. Flächige Materialien sind z. B. Papier, Folie oder Blech.

Die Zellstruktur wird durch Expansion in einer W-Richtung ausgebildet, wobei die W- Richtung und eine L-Richtung, die senkrecht zur W-Richtung orientiert ist, eine W-L- Ebene der expandierten Zellstruktur aufspannen. In den expandierten Losabschnitten bilden sich Zellen aus, wobei in W-Richtung und/oder in L-Richtung sich die Größe der Zellen in einem Zellgrößenverhältnis V unterscheidet, wobei weiterhin eine T-Richtung senkrecht zur W-L-Ebene eine Höhe T der Zellstruktur bestimmt. Die expandierbare Größe der Zellen wird von der Länge der Los- und Verbundabschnitte bestimmt. Es sind mindestens zwei Materiallagen in W-Richtung und mindestens eine gebildete Zellstruktur in L-Richtung vorgesehen.

Nach der Erfindung weisen zumindest ein erster Bereich einer regelmäßigen Wabenstruktur eine kleinere Größe der Zellen und zumindest ein zweiter Bereich einer regelmäßigen Wabenstruktur eine größere Größe der Zellen auf. Die Größen der Zellen unterscheiden sich in einem Zellgrößenverhältnis V voneinander. Die verschiedenen Bereiche der Wabenstruktur sind durch wenigstens einen Übergangsbereich voneinander getrennt, wobei der wenigstens eine Übergangsbereich Übergangszellen aufweist, die in Größe und Geometrie zwischen der kleineren Größe der Zellen und der größeren Größe der Zellen vermitteln. Der Übergangsbereich erzielt eine Kompatibilität zwischen dem Bereich mit den größeren Zellen und dem Bereich mit den kleineren Zellen und schafft einen Anknüpfung der Zellen unterschiedlicher Zellgrößen miteinander. Dies wird auf Basis eines herkömmlichen Herstellungsverfahren für Ze II Strukturen möglich und ohne dass gezielt einzelne Stege zur Verknüpfung eingebracht werden müssen. Dabei wird neben der Kompatibilität eine unabhängig von der Zellgröße wiederkehrenden Zellform erzielt.

Der Übergangsbereich ist somit ein vermittelnder Zellbereich, der einen Übergang von einer Zellgröße zu einer davon verschiedenen Zellgröße ermöglicht. Um den herkömmlichen Expansionsprozess nutzen und beibehalten zu können, ist es notwendig, die Materiallagen und die Verbundabschnitte, z. B. Klebstoffverbindungen, so zu gestalten, dass durch die sich ergebenden Längen der nicht miteinander gefügte Losabschnitte dieser Übergang regelmäßig ausgebildet wird und weder die Geometrie der größeren Zellen noch der der kleineren Zellen in den betreffenden Bereichen beeinflusst wird. Die Übergangszellen sind dadurch eine Kombination aus den größeren Zellen sowie den sich durch zusätzliche Materiallagen ergebenden kleineren Zellen. Da dieser Bereich, in dem die Übergangszellen auftreten, weder rein der Geometrie der größeren Zellen noch der der kleineren Zellen entspricht, wird dieser als Übergangsbereich bezeichnet. Es können auch mehrere, insbesondere zwei benachbarte Übergangsbereiche auftreten, die in dem Fall immer eine Kombination aus den angrenzenden größeren Zellen und den kleineren Zellen, von denen eine Größe dann eine Zwischenzellgröße darstellt, sind. Dieser Fall wird unten als eine vorteilhafte Ausführungsform näher erläutert. Bei einer Änderung des Zellgrößenverhältnisses V, insbesondere abweichend von einem Verhältnis 1 :2, kann sich die Zellgeometrie im Übergangsbereich durchaus signifikant sowohl von der Geometrie der größeren Zellen als auch der der kleineren Zellen unterscheiden. Dabei kann es zum Beispiel zu einer Schrägstellung der im Wesentlichen in L-Richtung orientierten Zellwände im Übergangsbereich kommen, wobei dann auch nicht jede große Übergangszelle eine kleinere innenliegende Zelle haben muss. Grundsätzlich wird unter den Übergangszellen das Verhältnis zwischen den Zellgrößen bzw. Zellweiten der zu vermittelnden regelmäßigen Wabenstrukturen in den angrenzenden Bereichen verstanden. Die Übergangszellen weisen eine Übergangsgröße und häufig auch eine entsprechend von den Bereichen der regelmäßigen Wabenstruktur mit den größeren Zellen und den kleineren Zellen abweichende Geometrie auf. Die Übergangszellen charakterisieren jedenfalls den Übergangsbereich.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist mehr als ein Übergangsbereich vorgesehen. Damit wird erreicht, dass bei jedem möglichen oder gewünschten Zellgrößenverhältnis V die Zahl der übersprungenen Zellen, bei denen zwischen einer kleineren Zelle am Rand des ersten Bereichs und einer größeren Zelle am Rand des zweiten Bereichs keine unmittelbare Anbindung besteht, minimiert wird. Als Zellgrößenverhältnisse V kommen bevorzugt 2:1 , alternativ <2:1 , insbesondere zwischen <2:1 und 1 ,33:1 in Betracht. Bei nur einem Übergangsbereich mit Übergangszellen, die zwischen den kleineren und den größeren Zellen vermitteln, ist die Zahl der übersprungenen Zellen größer. Ein ungünstiges Größenverhältnis zwischen den aneinander angrenzenden Zellgrößen führt zu einer unterschiedlich bzw. unerwünscht großen Zahl von übersprungenen Zellen. Diese müssen dann mit erhöhtem Aufwand gesondert gefüllt bzw. die angrenzenden Zellen über zusätzliche Anknüpfungspunkte angebunden werden.

Sofern die unterschiedlichen Übergangsbereiche nicht unmittelbar aneinander angrenzen, können sie an den Rändern, wo sie an keinen der Bereiche der kleineren oder der größeren Zellen angrenzen, durch jeweils einen Zwischenbereich getrennt sein. Der Zwischenbereich weist eine regelmäßige Zellgröße auf, so wie auch die Zellen des ersten und des zweiten Bereichs. Die Zellgröße der Zwischenzellen liegt zwischen der der größeren und der der kleineren Zellen. Mehrere aufeinanderfolgende Übergangsbereiche und Zwischenbereiche haben zur Folge, dass jeweils mit einem kleineren Zellgrößenverhältnis V durch einzelne Schritte mit jeweils optimierter Größenanpassung die Zahl der übersprungenen Zellen, bei denen eine Zelle in dem ersten Bereich der ersten Zellgröße keine unmittelbare Anbindung an eine Zelle in dem zweiten Bereich der zweiten Zellgröße besitzt, weiter minimiert wird.

Bei einem zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich zu realisierenden Zellgrößenverhältnis mit einem ungünstigen, grundsätzlich zu vielen übersprungenen Zellen führenden Faktor, dem Zellgrößenverhältnis V, kann ein Nacheinanderschalten kleinerer und vom Faktor her optimaler Zellgrößenverhältnisse zu einem erheblich verbesserten Ergebnis führen. Dazu werden für den einzelnen Übergangsbereich zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Bereich und einem Zwischenbereich bzw. zwischen den Zwischenbereichen untereinander jeweils optimale Zellgrößenverhältnisse gewählt. Die Multiplikation dieser einzelnen Zellgrößenverhältnisse ergibt dann das (zunächst ungünstige) Zellgrößenverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich, also zwischen der Größe der größeren und der Größe der kleineren Zellen.

Beim Expandieren der Zellstruktur in W-Richtung nimmt die entstehende Ausdehnung der Zellstruktur in dieser Richtung zu und verringert sich in der dazu senkrechten Richtung, der L-Richtung. Es kommt zu einer Querkontraktion der Zellstruktur. Durch die Wahl von Materialart und -dicke für die Materiallagen sowie durch die Länge der Losabschnitte, mithin durch die lokale oder bereichsweise Beeinflussung der Materialbiegesteifigkeit des flächigen Materials, kann die Expansion einzelner Bereiche der Zellstruktur beeinflusst werden, was zu einer lokal oder bereichsweise angepassten bzw. gleichmäßigen Expansion der Zellstruktur führt. Es ist das Ziel, dass die Zellen trotz Bereichen unterschiedlicher Größen bei der Expansion die optimale hexagonale Form, die Wabenform, erhalten. Zugleich erfolgt die Querkontraktion der Zellstruktur vorhersehbar und gleichmäßig.

Mit Erhöhung der Materialbiegesteifigkeit wird der Expansionsgrad in dem betreffenden Bereich verändert und es resultiert eine geringer- oder höherexpandierte Zellform in W- Richtung im Vergleich zu einer Expansion mit unvorhersehbarem Verlauf. Die Beurteilung des Expansionsgrads geht von der herkömmlich expandierten, gleichmäßig sechseckigen Honigwabenzelle aus und bezeichnet als „unterexpandiert“ eine Zellgeometrie mit einer in W-Richtung geringeren Zellweite und als eine „überexpandierte“ Zellgeometrie eine in W-Richtung größere Zellweite. Die größtmögliche Überexpansion liegt vor, wenn die in der W-L-Ebene bei der Bildung der Honigwabenform schräg verlaufenden Zellwände (nicht gefügte Zellwandbereiche, die Losabschnitte) vollständig in W-Richtung verlaufen. In diesem Zustand wären die Zellen abweichend von der idealen hexagonalen Honigwabenzellform rechteckförmig.

Die Übergangskonzepte können durch gezielte geometrische Zellgrößenänderung zur Änderung der Krümmbarkeit der Zellstützkerne um eine Achse, die in der W-L-Ebene liegt, genutzt werden. Behält man den etablierten Expansionsprozess bei, würde in diesem Fall eine in L-Richtung verlaufende Schicht mit großen Zellen, aufgrund der größeren Längen der Losabschnitte und der damit verbundenen geringeren Biegeeigenschaften in der W-L-Ebene, einen höheren Expansionsgrad in W-Richtung erreichen als eine Schicht mit kleineren Zellen. Neben der Variation der Längen der Losabschnitte können die Biegeeigenschaften in der W-L-Ebene unter anderen durch gezielte Materialänderungen hinsichtlich deren mechanischer Eigenschaften und Dicken beeinflusst werden. Dieser Effekt kann ausgenutzt werden, um gezielt überexpandierte Zellgeometrien in begrenzten Bereichen der Zellstruktur zu realisieren und damit eine bessere Umformbarkeit des Zellstützkerns um eine Achse in der W-L-Ebene in diesen Bereichen zu erzielen.

Der Vorteil gegenüber vollständig überexpandierten Zellstützkernen über die gesamte Kernebene ist, dass damit die Umformbarkeit gezielt lokal angepasst werden kann, wohingegen die nicht zu krümmenden Zellbereiche beispielsweise mit hexagonalen Zellen und deren ursprünglichen, in der Regel angestrebten Eigenschaften ausgeführt sind. Damit bleiben die Eigenschaften hexagonaler Zellgeometrien in den Bereichen ohne Krümmungsanforderung erhalten und werden nur dort gezielt geändert, wo Krümmungsanforderungen bestehen. Die Zellstruktur setzt einer Umformung senkrecht zu ihrer Ebene in wenigstens einem Bereich durch überexpandierte Zellformen in diesem Bereich einen geringeren Widerstand entgegen und weist dann eine angepasste bzw. verbesserte Krümmbarkeit auf.

Eine im Expansionsprozess gleichmäßige Querkontraktion der Zellstruktur trotz einer realisierten Zellgrößenvariation ist mit dem Ausgleich einer höheren Querkontraktionsneigung erzielbar. Dies wird in den betreffenden Bereichen durch die Variation von zu biegenden Streifenlängen des flächigen Materials, welche die Zellbegrenzung, die Zellwände, bilden, oder durch eine Angleichung bzw. Beeinflussung der Biegesteifigkeit der Materiallagen erreicht. Letzteres kann mittels einer Anpassung der Materialdicken, der Materialsteifigkeiten und/oder der Materialart des flächigen Materials, z. B. Metall statt Papier, erfolgen. Mit einer höheren Materialbiegesteifigkeit wird eine geringere Expansion in W-Richtung und gleichzeitig eine geringere Querkontraktion in L-Richtung erreicht. Außerdem spielt auch die Länge der Losabschnitte, welche durch die Expansion aufgestellt werden, eine entscheidende Rolle für den Kraftbedarf beim Aufstellen.

Die Biegesteifigkeit bezieht sich auf die Steifigkeit in Dickenrichtung des Materials, da diese Steifigkeit für das Verbiegen der Materiallage, z. B. des Papiers, ausschlaggebend ist. Die höhere Biegesteifigkeit wird bei kleinen Zellweiten auch durch den kleineren Hebel verursacht. Zum Aufstellen der Zellen bei der Expansion ist ein bestimmter Kraftbedarf notwendig, welcher sich einerseits aus der Hebelarmlänge der aufzustellenden Zellwand, andererseits aber durch die Materialeigenschaften bzw. die Materialanordnung sowie die Materialdicke ergibt. Werden aufgrund mehrerer zu realisierender Übergangsbereiche mehrere mitzuführende Materiallagen benötigt, würden beispielsweise zwei aufeinander geklebte Materiallagen in Dickenrichtung ein höheres Widerstandsmoment erzeugen. In die Berechnung des Widerstandsmomentes würde die Dicke der Materiallagen beim Flächenträgheitsmoment zur 3. Potenz eingehen, hingegen beim Randfaserabstand nur einfach. Aufgrund des höheren Widerstandsmomentes würde dann ein höheres Biegemoment benötigt, um die gleiche Auslenkung zu erzielen.

Für die Umsetzung der Übergangsbereiche in L-Richtung, beim horizontalen Übergang verschiedener Zellgrößen, sind zusätzliche Zellwände einzubringen. Eine Möglichkeit ist die Ausführung mehrlagiger Materialbahnen, welche in den Bereichen konstant alternierender Fügelängen über die gesamte L-Richtung gefügt werden und durch eine Anpassung der Fügelängen, somit der Länge der Verbundabschnitte, in den Übergangsbereichen in Form einzelner Zellwände die Übergangsgeometrie ausbilden. Konstant alternierende Fügelängen münden in konstante Zellgrößen.

In diesem Fall ist die über die gesamte L-Richtung des Zellstützkerns mitzuführende Anzahl der Materiallagen abhängig von den zu realisierenden Übergangsformen. Die Materiallagen, die sich über die gesamte L-Richtung der nicht expandierten Zellstruktur erstrecken, bilden in der expandierten Zellstruktur zusätzliche Zellwände für eine größere Zahl von Zellen in den Bereichen, in denen die Zellen eine geringere als die größte Größe aufweisen, aus. Dies betrifft den Bereich mit kleineren Zellen, alle Übergangsbereiche und Bereiche mit Zwischenzellen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform variiert deshalb die Größe der Zellen in L- Richtung, indem z. B. mehrlagige Materialbahnen, beispielsweise Papierbahnen, verbunden werden. Die Materialbahnen werden in den Bereichen mit alternierender Zellgröße über die gesamte Länge oder über die in expandierter Form in L-Richtung stehenden Teilbereiche verbunden, z. B. verklebt. Durch die Verbindungslängen in den Übergangsbereichen bilden sie eine Übergangsgeometrie in Form einzelner, zusätzlicher Zellwände im Vergleich zu den größeren Zellen, die mit den kleineren Zellen mittels des Übergangsbereichs verbunden werden sollen, aus.

Bei den mehrlagigen Materialbahnen, die in L-Richtung durchgehend abgelegt werden, weisen die mehrlagigen Zellbereiche eine höhere Biegesteifigkeit in der W-L-Ebene, auf als Zellstützkernbereiche mit einer geringeren Anzahl an Materialbahnen. Es hat sich vor diesem Hintergrund als vorteilhaft erwiesen, die Expansionsfähigkeit lokal durch veränderte Materialeigenschaften in L-Richtung zu verändern, indem in den Bereichen mehrlagiger Materialbahnen die Biegeeigenschaften geändert werden, insbesondere durch eine Verringerung der Biegesteifigkeit. Im Gegensatz dazu entsprechen diese in den Bereichen einlagiger Materialbahnen den Materialeigenschaften des Ausgangsmaterials. Die Materialeigenschaften hinsichtlich Biegung können durch Veränderung der Materialdicke oder der Materialart erfolgen. Um einen Versatz innerhalb einer in L-Richtung abgelegten Materialbahn zu vermeiden, sind bei einer Materialänderung innerhalb einer Materialebene diese bündig in L-Richtung an die vorhergehend abgelegte Materialbahn zu fügen.

Da die über die gesamte L-Richtung des Zellstützkerns verlaufenden mehrlagigen Zellwände zu einer Gewichtserhöhung der Kernstruktur führen, verspricht eine graduelle Einbringung von Materiallagen in L-Richtung Abhilfe. In diesem Fall wäre es notwendig, stückweise Materiallagen in L-Richtung nebeneinander abzulegen und entsprechend mit den anliegenden Materiallagen zu verbinden, was bezogen auf den gesamten Zellstützkern zu einer effizienteren Materialausnutzung führt und als graduelle Einbringung bezeichnet wird. In diesem Fall ist die Anzahl der Materiallagen in W- Richtung des Zellstützkerns nicht mehr gleichmäßig über den gesamten Zellstützkern in L-Richtung verteilt, sondern konzentriert sich auf die Bereiche mit kleineren Zellgrößen bzw. die Zwischenbereiche, wo diese Materiallagen für zusätzliche Zellwände benötigt werden. Dies gilt insbesondere auch für den Übergangsbereich und den ersten Bereich mit den kleineren Zellen, also alle Bereiche, in denen die Zellen eine geringere als die größte Größe aufweisen. Diese weisen entsprechende zusätzliche Materiallagen auf, die in L-Richtung schmaler als die übrigen Materiallagen sind und in der expandierten Zellstruktur zusätzliche Zellwände für eine größere Zahl kleinerer Zellen ausbilden. Die lokale Einbringung von Materiallagen, die in dem Übergangsbereich beginnen und sich in Richtung des Bereichs mit den kleineren Zellen erstrecken, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Die Materiallagen sind in L-Richtung kürzer als die übrigen Materiallagen, was eine Gewichtserhöhung der Zellstruktur durch die Übergangsbereiche und Bereiche kleinerer Zellen im Vergleich zur Verwendung vollflächiger Materiallagen vermeidet.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn einzelne Materiallagen des flächigen Materials eingebracht sind, deren mechanische Eigenschaften sich von den mechanischen Eigenschaften der übrigen Materiallagen unterscheiden. Dadurch weist die Zellstruktur graduell veränderliche Materialeigenschaften auf, die durch eine sich schichtweise ändernde Materialart und/oder Materialdicke erreicht werden.

Das Fügen des flächigen Materials, der Materiallagen, an den Verbundabschnitten kann beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Löten oder durch formschlüssiges Verbinden erfolgen. Letzteres kann z. B. durch Stanzen erfolgen, wobei aus den Materiallagen solche Formen herausgearbeitet werden, die sich ineinander verhaken. Daneben kommen auch sonstige aus dem Stand der Technik bekannte formschlüssige Verbindungen, wie z. B. Nieten, in Betracht.

Das bevorzugte flächige Material der Materiallagen ist ein Papiermaterial, ein Papierwerkstoff oder ein papierartiger Werkstoff. In der bevorzugten Ausführungsform der Zellstruktur wird dieses verklebt. Vorzugsweise kommen Aramidpapiere zum Einsatz, die für Anwendungen in Luftfahrzeugstrukturen bedeutsam sind. Dabei kommen ein Grundpapier und eine Beschichtung zum Einsatz. Aramidpapier wird durch eine chemische Synthese zu Fasern hergestellt, die sehr gute Temperatur- und Flammbeständigkeitseigenschaften aufweisen. Das reine Aramidpapier an sich besitzt für die Anwendung in Sandwichstrukturen zumeist eine zu geringe Druckfestigkeit, sodass eine Beschichtung mit Harz erfolgen muss, welches das Papier nach Aushärtung versteift und die Flammschutzeigenschaften weiterhin erhöht. Das dabei verwendete Phenolharz ist dabei der Gruppe der Duroplaste zuzuordnen. Eine Alternative stellt die Verwendung von Thermoplasten als Beschichtung der Papiere dar, weil diese schmelzbar sind und dadurch bessere Eigenschaften hinsichtlich Recyclierbarkeit aufweisen.

Die Aufgabe der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Zellstruktur, wie sie zuvor beschrieben wurde, umfassend die Schritte a) Bildung eines Stapels der Materiallagen mit Verbundabschnitten, in denen die Materiallagen miteinander gefügt sind, die sich in L-Richtung mit Losabschnitten abwechseln, in denen die Materiallagen nicht gefügt sind und, ggf. nach dem Aushärten der Fügestellen, b) Expandieren der gefügten Materiallagen in W-Richtung zur Zellstruktur, wobei die Längen der Losabschnitte und damit in W-Richtung und/oder in die L-Richtung die Größe der Zellen variiert.

Nach der Erfindung werden ein Bereich mit größeren Zellen und ein Bereich mit kleineren Zellen durch wenigstens einen Übergangsbereich voneinander getrennt, in dem Übergangzellen gebildet werden. Dies geschieht, indem die Längen der Losabschnitte durch Festlegung der Abstände zwischen den Verbundabschnitten und deren Fügebreiten mittels Steuerung des Fügens flexibel variiert werden. Das Fügen, bei dem orts- und flächenvariable Verbindungsflächen auszubilden sind, kann durch Schweißen oder Löten bei Metallfolien oder durch den Auftrag von Klebstoff erfolgen, wobei das Fügen mittels Klebstoff vorrangig bei Papier zum Einsatz kommt, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Dabei erfolgt das Aufträgen von Klebstoff in Verbundabschnitten, die sich in L-Richtung mit Losabschnitten abwechseln, auf einen Bogen oder einer Lage flächigen Materials, allgemein als Materiallage bezeichnet. Darauf folgen das Stapeln der Materiallagen und das Aushärten des Klebstoffs, beispielsweise in einer beheizten Presse, und danach das Expandieren der verklebten Materiallagen in W-Richtung zur Zellstruktur, wobei die Längen der Losabschnitte und damit die Größen der expandierten Zellen entsprechend den Erfordernissen in den einzelnen Bereichen unterschiedlich sind.

Vorzugsweise erfolgt vor oder nach dem Expandieren das Abtrennen eines Abschnitts der gestapelten Materiallagen, dessen Länge in T-Richtung die Höhe des Zellstützkerns festlegt. Nach alternativen Ausgestaltungen des Verfahrens erfolgen im Anschluss an das Expandieren oder im Anschluss an das Abtrennen des Abschnitts die Applikation eines Beschichtungsmittels und dessen nachfolgende Aushärtung, sodass zumindest eine im expandierten Zustand fixierte Zellstruktur resultiert.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens umfasst alternativ oder zusätzlich die Schritte a) Zuführung des flächigen Materials, b) Abtrennen von Bögen, c) Aufträgen von Klebstoff in Verbundabschnitten, die sich in L-Richtung mit Losabschnitten abwechseln, d) Stapeln und Pressen, e) Trennen eines Abschnitts in der Länge einer T-Richtung und f) Expandieren des Abschnitts in W-Richtung zur Zellstruktur, wobei die Längen der Losabschnitte und damit die Größe der expandierten Zellen variiert.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte e) und f) in der Reihenfolge f) und e) durchgeführt. Dabei schließen sich an Schritt f) die Applikation eines Beschichtungsmittels und dessen nachfolgende Aushärtung an, mit dem Ziel einer im expandierten Zustand fixierten Zellstruktur.

Der flexibel variierbare Auftrag des Klebstoffs erfolgt vorzugsweise durch steuerbare Druckdüsen, lineare Stempelsysteme, steuerbare Klebstoffdosiereinheiten oder mechanische Systeme (z. B. Klebstoffwalzen oder lineare Systeme) mit variierbaren Druckflächen.

Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch einen Zellstützkern zur Verwendung in einer Sandwichstruktur, umfassend eine Zellstruktur oder bestehend aus einer Zellstruktur, wie sie oben mit all ihren Ausführungsformen und dem Herstellungsverfahren beschrieben wurde. Bevorzugt verleiht ein an sich bekanntes Beschichtungsmittel der Zellstruktur bzw. des Zellstützkerns im expandierten Zustand dauerhaften Halt. Besonders bevorzugt beeinflusst es gleichzeitig die Flammeigenschaften des Zellstützkerns positiv und erhöht die Brandsicherheit.

Bei einem bevorzugten Zellstützkern ruft eine geänderte Zellgröße in L-Richtung und/oder in W-Richtung bereichsweise veränderte mechanische Eigenschaften hervor. Diese sind insbesondere in Randbereichen und Lasteinleitungsstellen vorgesehen, in denen veränderte Belastungen entsprechende mechanische Anforderungen an den Zellstützkern stellen, sodass effektives Einbringen von Material zielgerichtet an den erforderlichen Stellen eine Gewichtsminderung des Zellstützkerns bewirkt. Auch eine Verformung, insbesondere Biegung bzw. Krümmung des Zellstützkerns in T-Richtung kann durch bereichsweise veränderte mechanische Eigenschaften erleichtert werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Methode zur Zellgrößenvariation vorgestellt, welche den konventionellen Expansionsprozess beibehält und darüber hinaus die Möglichkeit bietet, in der Ebene des Zellstützkerns die Geometrie sowohl in L- wie auch in W-Richtung anzupassen. Ziel ist es, anwendungsspezifisch in verschiedenen Kernbereichen der W-L-Ebene verschiedene Eigenschaften durch Veränderung der Zellgeometrie realisieren zu können. Eine lokal anpassbare Zellkerngeometrie, insbesondere die Variation der Zellgröße bei stetiger Kontrolle über die Zellgeometrie, ermöglicht hinsichtlich Steifigkeiten und Festigkeiten die Bereitstellung anforderungsgerechter, an im Sandwichbauteil real vorliegenden Belastungen angepasste Zellstützkerne. Aufgrund der gezielten Einbringung von flächigen Materiallagen und deren partielle Fügung (z. B. mittels Klebstoffen) wird eine effizientere Ressourcenausnutzung erreicht. Weiterhin können mit der Methode gezielt lokale Änderungen der Zellgeometrie eingebracht werden, die unter anderen für eine bessere Krümmbarkeit der Kernstruktur um eine Achse, die in der W-L-Ebene verläuft, in nichtebenen Bauteilen angewandt werden können. Für das Nutzen von Kernen verschiedener Zellgeometrien bzw. -großen in einem Bauteil wurden bisher ausschließlich fertig expandierte und ausgehärtete Kernstücke mittels Spleißklebungen verbunden.

Eine graduelle, lokale Einbringung von Materiallagen, insbesondere Papierlagen in L- Richtung anstelle von Materiallagen in der vollen Länge der L-Richtung vermeidet zudem eine Gewichtserhöhung der Zellstruktur.

Anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und ihrer Darstellung in den zugehörigen Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Figuren 1 bis 3: schematisch eine Draufsicht auf Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur mit einem Übergangskonzept in W- Richtung, einem Übergangskonzept in L-Richtung und mit einem kombinierten Übergangskonzept in W-L-Ebene jeweils vor und nach der Expansion (links: Konfiguration der Materiallagen mit Los- und Fügebereichen vor der Stapelbildung; rechts: expandierter Zellstützkern);

Fig. 4: schematisch eine Ansicht einer expandierten Zelle mit unterschiedlichen Expansionsgraden;

Fig. 5: schematisch eine Ansicht mehrerer weiterer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Zellstruktur, bei denen die übersprungenen Zellen in Abhängigkeit von realisierbaren Zellgrößenverhältnissen dargestellt sind;

Fig. 6: schematisch eine Visualisierung der Multiplikationsfaktoren zur Realisierung von Zellübergangsbereichen unter Berücksichtigung derzeit relevanter Zellgrößen; Figuren 7 bis 10: schematisch jeweils eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur nach der Expansion, mit einem Übergangskonzept mit einem einstufigen Zellübergang und einem zweistufigen Zellübergang mit in L-Richtung durchgehenden Materiallagen und mit in L-Richtung graduell eingefügten schmaleren Materiallagen;

Fig. 11 : schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur mit einen zweistufigen Zellübergang im Übergangsbereich zwischen den Bereichen;

Fig. 12: schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur mit ebenfalls einem zweistufigen Zellübergang im Übergangsbereich zwischen den übrigen Bereichen mit gradueller Einbringung der Materiallagen;

Fig. 13: schematisch eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur mit einem Übergang von Zellgröße 1 ,5:1 und

Fig. 14: schematisch einen Prozessablauf des Expansionsverfahrens zur Herstellung von Zellstützkernen.

Die erfindungsgemäßen Übergangskonzepte von Zellgrößen in einer Zellstruktur und ihre Realisation lassen sich grundsätzlich in Zellgrößenänderungen in W-Richtung 8 (beispielsweise gemäß Fig. 1) und in L-Richtung 10 (beispielsweise gemäß Fig. 2) unterteilen. Die nachfolgenden Zellgrößenvariationen werden am Beispiel eines Zellgrößenüberganges von einer ersten Größe A (vgl. insbesondere Fig. 5), der kleineren Zellen 12 in einem ersten Bereich 20, zu einer zweiten Größe C (vgl. insbesondere Fig. 5), der größeren Zellen 12‘ in einem zweiten Bereich 24, wobei C=2-A für ein Zellgrößenverhältnis V=2:1 gilt, dargestellt. Die Übergänge sind auch für andere Zellgrößenübergänge bzw. Zellgrößenverhältnisse V anwendbar, wie z. B. kombiniert in W-Richtung 8 und in L-Richtung 10 (beispielsweise gemäß Fig. 3).

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten, ausschnittweise gezeigten Zellstruktur 1 mit einem Übergangskonzept in W-Richtung 8, links die Konfiguration der Materiallagen 2 mit Verbundabschnitten 4 und Losabschnitten 6 nach der Stapelbildung, rechts die expandierte Zellstruktur 1. Bei der Stapelbildung werden die Materiallagen 2 übereinander angeordnet und an den Verbundabschnitten 4 mittels Klebstoff 16 zusammengefügt. Die Stapelbildung bereitet das darauffolgende Expandieren vor. Die Materiallagen 2 bilden die Zellwände 14 der expandierten Zellen 12, 12‘ aus. Die Lage der Zellen 12, 12‘ in der Zellstruktur 1 sowie deren Anzahl und Größe sind beliebig realisierbar und resultieren aus den Anforderungen an die Zellstruktur 1 , wie hier und auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen dargestellt. Das Übergangskonzept in W-Richtung 8 (aber ebenso in L-Richtung 10, vgl. Fig. 2) basiert auf veränderlichen Verbindungslängen, der Länge der Verbundabschnitte 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel Klebelängen 4, auf den gestapelten Papierlagen 2 in L-Richtung 10.

An eine Ausgangszellgröße, die kleineren Zellen 12, in dem ersten Bereich 20, die mit einer konstant alternierenden Verbindungslänge LA hergestellt wird, schließt sich ein Übergangsbereich 22 mit Übergangszellen 13 an, welcher durch zwei Übergangslagen, weitere Materiallagen 2, gebildet wird. Die Übergangslagen besitzen variable Verbindungslängen in dem alternierenden Übergangsbereich 22. Die Übergangslagen dienen als Anknüpfungspunkte der nachfolgenden Zellgröße, den größeren Zellen 12‘ im zweiten Bereich 24 mit einer neuen, konstant alternierenden Abfolge der Verbundabschnitte 4 einer Verbindungslänge von Lc und Losabschnitten 6. In der Darstellung entspricht dabei die Zellgröße der größeren Zellen 12‘ der doppelten Zellgröße der kleineren Zellen 12. Die Reihenfolge der Größenvariation in W-Richtung 8 kann sowohl von kleineren Zellen 12 zu größeren Zellen 12‘ als auch in anderer Richtung erfolgen bzw. über die Fläche der Zellstruktur 1 mehrfach wechseln.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur 1 mit einem Übergangskonzept in L-Richtung 10 in einem Übergangsbereich 22, links die Konfiguration der Materiallagen 2 mit Verbundabschnitten 4 und Losabschnitten 6 nach der Stapelbildung, rechts die expandierte Zellstruktur 1. Beim Übergangskonzept in L-Richtung 10 schließt sich an einen ersten Bereich 20 mit einer Ausgangszellgröße mit den kleineren Zellen 12, die mit einer konstant alternierenden Verbindungslänge LA der Verbundabschnitte 4 hergestellt wird, senkrecht zur Stapelrichtung der Materiallagen 2 ein Übergangsbereich 22 mit Übergangszellen 13 mit verschiedenen Zwischengrößen und -geometrien an.

Der Übergangsbereich 22 ist von einer von den angrenzenden Größen der Zellen 12, 12‘ abweichenden Zellgeometrie, die die Übergangszellen 13 aufweisen, gekennzeichnet. Allerdings bildet sich in W-Richtung 8 des Zellstützkerns 40 in allen drei Bereichen 20, 22, 24 eine wiederkehrende Zellgeometrie aus. An die Anknüpfungspunkte des Übergangbereichs 22 in L-Richtung 10 schließt sich ein zweiter Bereich 24 mit einer veränderten Zellgröße, den größeren Zellen 12‘, an. Auch dort liegt eine konstant alternierende Abfolge von Verbundabschnitten 4, in denen beispielsweise Klebstoff 16 aufgetragen ist oder die auf andere Weise gefügt sind, vor. Die Verbundabschnitte 4 weisen eine Verbindungslänge Lc der Verbundabschnitte 4 auf. Alternativ zum Kleben kommen andere Fügeverfahren zum Einsatz, wie z. B. das Löten von Metallfolien. Im Ausführungsbeispiel mit einem Zellgrößenverhältnis V=2:1 entspricht die große Zellgröße 12‘ ebenfalls der doppelten Zellgröße der kleinen Zellen 12. Die Reihenfolge der Größenvariation in L-Richtung 10 kann hier ebenfalls richtungsunabhängig sowohl von kleineren Zellen 12 zu größeren Zellen 12‘ als auch von größeren zu kleineren Zellen 12, 12‘ erfolgen.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur 1 mit einem kombinierten Übergangskonzept in W-L-Ebene, aufgespannt durch die L-Richtung 10 und die W- Richtung 8, links die Konfiguration der Materiallagen mit Verbundabschnitten 4 und Losabschnitten 6 nach der Stapelbildung, rechts die expandierte Zellstruktur 1.

Aus den Übergangskonzepten in L- und W-Richtung gemäß den Figuren 1 und 2 lässt sich eine Kombination der Zellgrößenvariation in beiden Richtungen, L- Richtung 10 und W-Richtung 8, herstellen. Die beiden Übergangskonzepte werden in der Ebene der Zellstruktur 1 kombiniert und ermöglichen eine in der W-L-Ebene frei wählbare Anordnung der Zellgrößenvariation. Für die Herstellung und das Aussehen der Ausgangszellgrößen der Zellen 12, 12‘ sowie der Übergangsbereiche 22 gelten die zuvor zu den Figuren 1 und 2 beschriebenen Aussagen des Übergangskonzeptes in L- Richtung 10 bzw. W-Richtung 8.

Das Übergangskonzept in L-Richtung 10 besitzt zum Erzielen einer Kompatibilität der beiden Konzepte eine weitere, in W-Richtung 8 angrenzende Zelle mit geringerer Flächendimension. Diese ist, ebenso wie bereits im Übergangskonzept der L-Richtung beschrieben, in W-Richtung regelmäßig wiederkehrend. Mit einer Kombination der Methoden der dargestellten Übergangskonzepte kann die Reihenfolge der Zellgrößen sowie die Anordnung der Zellgrößenbereiche in der W-L-Ebene der Zellstruktur 1 frei gewählt werden. Im Ausführungsbeispiel ist die Zellgröße C der größeren Zellen 12‘ genau doppelt so groß, wie die Zellgröße A der kleineren Zellen 12 (V=2:1). Mit dem kombinierten Übergangskonzept kann jede stufenförmige Zellvariation in der Zellstruktur 1 realisiert werden. Fig. 4 zeigt schematisch eine Ansicht einer Zelle 12, 12‘ in unterschiedlichen Stadien der Expansion, jeweils unterscheidbar durch eine unterschiedliche Linienart. Dabei stellt eine herkömmliche, bekannte Honigwabenzellgeometrie, ausgeführt in der Zeichnung als durchgezogene Linie, die Referenz einer (optimalen) Expansion dar. Die Expansionsrichtung, die W-Richtung 8, wird durch Pfeile, die in vertikale Richtung nach oben und unten weisen, angegeben.

Demnach bezeichnet „unterexpandiert“ eine Zellgeometrie mit einer in W-Richtung 8 geringeren Zellweite, deren Zellwände 14 in der Zeichnung als Strichpunktlinie dargestellt sind, und eine überexpandierte Zellgröße stellt eine in W-Richtung 8 größere Zellweite dar. Die kleinstmögliche Unterexpansion unterhalb der Form der Honigwabenzelle wäre gegeben, wenn sich gerade noch keine gleichmäßig hexagonale Honigwabenzelle ausbildet. Eine lokale Beeinflussung der Expansion könnte beispielsweise erreicht werden, wenn als Materiallage 2 Papier mit einem relativ biegesteifen Material wie Aluminium im Bereich der unterexpandierten Zelle 12, 12‘ zusammengebracht werden würde.

Die größtmögliche Überexpansion wäre gegeben, wenn die in der W-L-Ebene üblichen Schrägverlaufenden Zellwände 14 (nicht gefügte Losabschnitte 6) vollständig in W- Richtung 8 verlaufen. In diesem Zustand wären die Zellen 12, 12‘ gegenüber der idealen hexagonalen Honigwabenzellform gestreckt und ideal rechteckförmig, wie in der Zeichnung als Punktlinie dargestellt. Die senkrecht zur Expansionsrichtung in L-Richtung sich ausbildende Längenverjüngung der Zellform ist dabei abhängig vom Expansionsgrad, d. h. ein überexpandierter Bereich weist eine höhere absolute Längenverjüngung in L-Richtung der Zellstruktur auf als ein unterexpandierter Bereich.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Ansicht mehrerer Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Zellstruktur 1 (ohne im Detail dargestellte Übergangsbereiche 22), bei denen im Falle eines zu realisierenden einstufigen Zellübergangsbereiches die übersprungenen Zellen in Abhängigkeit von realisierbaren Zellgrößenverhältnissen V dargestellt sind, wobei beispielsweise die Angabe „2“ als V=2:1 zu verstehen ist. Die in Fig. 5 dargestellten übersprungenen Zellbereiche kennzeichnen die Ausdehnung des Übergangsbereiches in L-Richtung, die benötigt wird, bis sich ein Bereich in L-Richtung unmittelbar anschließt, der eine regelmäßige Zellform ausbildet. Für die übersprungenen Zellen muss mit der Ausführung der Zellübergangsbereiche eine Anbindung zwischen den Bereichen unterschiedlicher Zellgrößen geschaffen werden, wobei im Fall eines ungünstig gewählten Zellgrößenverhältnisses V zusätzliche Verbindungsstege zur Realisierung des Übergangsbereiches berücksichtigt werden müssen.

Wie in den Ausführungsformen gezeigt wird, entsteht der kleinste Bereich übersprungener Zellen bei einem Zellgrößenverhältnis V=2:1 und vergrößert sich immer weiter, je mehr von diesem Zellgrößenverhältnis abgewichen wird. Eine bevorzugte Lösung dieses Problem liegt in der Aufteilung des angestrebten Zellgrößenverhältnisses, eine Angleichung in mehreren Schritten, wobei für jeden Schritt günstige Zellgrößenverhältnisse gewählt werden, die eine Minimierung der übersprungenen Zellen ermöglichen und miteinander multipliziert das angestrebte Zellgrößenverhältnis erreichen (vgl. insbesondere Figuren 6 sowie 9 bis 12).

Fig. 6 zeigt schematisch eine Visualisierung der Multiplikationsfaktoren zur Realisierung von Zellübergangsbereichen unter Berücksichtigung von derzeit bei Honigwabenkernen konkret relevanten Zellgrößen in Millimetern. Um einen gleichmäßigen und stetigen Zellübergangsbereich sowohl bei dem Übergangskonzept in W- wie auch in L-Richtung von einer Zellgröße zu einer anderen zu realisieren, ist die relative Lage der Verbundabschnitte der Zellen zueinander entscheidend. Eine Betrachtung relevanter Zellgrößenvariationen ergeben die in der nachfolgenden Tabelle 1 und in Fig. 5 dargestellten realisierbaren Zellgrößenverhältnisse V in Abhängigkeit von der Anzahl übersprungener Zellen der kleineren Zellgröße. Die Zellgröße bezieht sich mit den nachfolgenden Angaben auf die Zellweite, der Ausdehnung der Zellgeometrie in W- Richtung einer Zelle.

Tabelle 1 : Übersprungene Zellen in Abhängigkeit von realisierbaren Zellgrößenverhältnissen Grundsätzlich ist jedes Zellgrößenverhältnis V realisierbar, kann jedoch zu einer sehr hohen Anzahl an übersprungenen Zellen, bezogen auf die kleineren Zellen, führen. Als technisch relevant sind vor allem die Zellgrößenverhältnisse 1 ,33:1 , 1 ,5:1 und 2:1 einzustufen. Mit diesen Verhältnissen sind Übergangsbereiche von derzeit vorrangig in der Praxis eingesetzten Zellgrößen realisierbar, wie sie Fig. 6 veranschaulicht. Ein Zellgrößenverhältnis von 1 ,33:1 ruft dabei drei übersprungene Zellen, ein Zellgrößenverhältnis von 1 ,5:1 zwei übersprungene Zellen und ein Zellgrößenverhältnis von 2:1 nur eine übersprungene Zelle hervor. Die Angaben gelten für Standardwaben.

Weiterhin ist der Fig. 6 zu entnehmen, dass eine Zellgrößenvariation auch durch eine multiplikative Hintereinanderschaltung von mehreren Übergangsbereichen realisiert werden kann. Zum Beispiel kann eine Zellgrößenvariation von einer Zellweite von 3,2 mm auf eine Zellweite von 6,4 mm mit einem einstufigen Übergangsbereich und einem Zellgrößenverhältnis von 2:1 realisiert werden. Weiterhin wäre dieser Übergangsbereich auch zweistufig mit einem ersten Übergangsbereich mit einem Zellgrößenverhältnis von 1 ,5:1 (Übergang von einer Zellgröße 3,2 mm auf eine Zellgröße 4,8 mm) und einem sich anschließenden Übergangsbereich mit einem Zellgrößenverhältnis von 1 ,33:1 (Übergang von einer Zellgröße 4,8 mm auf eine Zellgröße 6,4 mm) realisierbar. Die Zellgrößenverhältnisse verhalten sich dabei multiplikativ, das heißt zwei nacheinander geschaltete Übergangsbereiche von 1 ,33:1 und 1 ,5:1 resultieren in einem übergeordneten Größenverhältnis des Übergangsbereiches von 2:1 (1 ,33 • 1 ,5 = 2).

Bei den nicht im Detail durch Zellwände 14 dargestellten Übergangsbereichen 22 für die Zellgrößenverhältnisse (vgl. Fig. 5), die sich jeweils zwischen den gefüllt dargestellten Zellen 12‘ erstrecken, sind zur Realisierung der Übergangsbereiche 22 für den vertikalen Übergang von den Zellgrößen A der kleineren Zellen 12 (erster Bereich 20) zu Zellgröße C der größeren Zellen 12‘ (zweiter Bereich 24) auf den Materialstreifen bzw. -lagen alternierende Verbindungslängen, den Verbundabschnitten, über einen breiteren Bereich in L-Richtung 10 notwendig. Bei den Übergängen in L-Richtung kommen zusätzliche Zellgeometrien in dem Übergangsbereich 22 in W-Richtung 8 hinzu, welche von den dargestellten Zellgeometrien in ihrer Geometrie abweichen, jedoch ebenfalls alternierend auftreten.

Die Figuren 7 bis 10 zeigen schematisch jeweils eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zellgrößenvariierten Zellstruktur 1 nach der Expansion, jeweils mit einem bestimmten Übergangskonzept, und zwar mit einem einstufigen Zellübergang (Figuren 7 und 8) und einem zweistufigen Zellübergang (Figuren 9 und 10). Dabei kommen jeweils im Übergangsbereich 22 durchgängig in L-Richtung 10 verlaufende Materiallagen 2 (Figuren 7 und 9), wobei durch entsprechende Verklebung oder mittels anderer Fügeverfahren in den Verbundabschnitten 4 mehrschichtige Zellwände 14 entstehen, und alternativ graduell eingefügte, in L-Richtung kürzere Materiallagen 2 (Figuren 8 und 10), die sich nur über den Übergangsbereich 22 und/oder nur über den ersten Bereich 20 erstrecken, zum Einsatz.

Fig. 7 zeigt einen einstufigen Zellübergang im Übergangsbereich 22 zwischen dem ersten Bereich 20 und dem zweiten Bereich 24. Vom ersten Bereich 20 bis zum zweiten Bereich 24 ziehen sich sämtliche Materiallagen 2 durch die Zellstruktur 1 in L-Richtung 10 durch. Bei dieser Variante werden daher immer genauso viele Materiallagen 2, z. B. Papierbahnen, über die gesamte Länge in L-Richtung (senkrecht zur W-Richtung, der Expansionsrichtung) mitgeführt, wie für die Ausbildung der Zellen 12, 12‘ einschließlich deren Zwischenformen, den Übergangszellen 13, im Übergangsbereich 22 notwendig sind.

Der einfache, einstufige Zellübergang ist dadurch gekennzeichnet, dass die größeren Zellen 12‘ im zweiten Bereich 24 zweilagig gefügte, im Ausführungsbeispiel verklebte, Zellwände 14 im Verbundabschnitt 4 aufweisen. In den Bereichen, in denen die Zellwände zweier benachbarter Zellen 12‘ gefügt werden, entstehen dadurch sogar Zellwände 14 mit vier Materiallagen 2 übereinander. Erst mit Beginn des Übergangsbereichs 22 wird die Fügung so ausgelegt und der Klebstoff 16 dann so aufgebracht, dass sich dann diese doppelt verklebten Zellwände 14 auffächern und die kleineren Zellen 12 des ersten Bereichs 20 und mit dort einlagigen Zellwänden 14 resultieren.

Die höhere Anzahl von übereinander geschichteten Materiallagen 2 wird bei der Ausführungsform, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, vermieden. Dies wird erreicht durch eine graduelle Einbringung der zusätzlich erforderlichen Materiallagen 2 nur dort, wo sie auch für die Ausbildung des Übergangsbereichs 22 sowie für eine größere Anzahl kleinerer Zellen 12 und daher zusätzlichen Zellwänden 14 tatsächlich benötigt werden. Bei dieser Variante werden abschnittsweise in L-Richtung 10 schmalere Materiallagen 2 in den Bereichen, in denen zusätzliche Zellwände 14 entstehen sollen, abgelegt und mit den zuvor abgelegten Materialbahnen 2 zusammengefügt. Dabei muss lediglich eine Anbindung 15 an die größeren Zellen 12‘ des zweiten Bereichs 24 dort gewährleistet werden, wo der Übergangsbereich 22 beginnt. Die dargestellte Variante ist somit dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Materiallagen 2 in Expansionsrichtung, der W-Richtung 8, in den einzelnen Zellbereichen variiert. Damit unterscheidet sich die in W-Richtung 8 sich ausbildende Dicke der abgelegten Materialbahnen in Abhängigkeit von den Zellbereichen in L-Richtung 10.

Bei gradueller Einbringung der Materiallagen 2 gemäß der Darstellung in Fig. 8 besteht beim einfachen Zellübergang die größere Zelle 12‘ aus einlagigen Zellwänden 14 und wird in dem dargestellten Ausschnitt in Expansionsrichtung, W-Richtung 8, insgesamt aus vier Materiallagen 2 gestapelt. Mit Beginn des Übergangsbereichs 22 kommen vier Materiallagen 2 hinzu, die erst mit Beginn des dortigen Übergangsbereiches 22 mit den ursprünglichen Materiallagen 2 verklebt oder anderweitig gefügt werden.

In Fig. 9 zeigt sich der Aufbau von Materiallagen 2 im Verbundabschnitt 4 besonders drastisch, da zwei Übergangsbereiche 22a, 22b vorgesehen sind, um die unterschiedlichen Größen der kleineren Zellen 12 und der größeren Zellen 12‘ vom ersten Bereich 20 zum zweiten Bereich 24 zu vermitteln, womit eine entsprechend große Zahl von Materiallagen 2 erforderlich sind. Vom Übergangsbereich 22a an, der an den zweiten Bereich 24 grenzt, bestehen dann die Zellwände 14 der Zellstruktur 1 aus bis zu 8 übereinander gestapelten Materiallagen 2.

Bedingt durch den zweifachen Übergang, bestehend aus dem Übergangsbereich 22a mit den Übergangszellen 13, dem Zwischenbereich 23 mit den geometrisch regelmäßigen Zwischenzellen 11 und dem Übergangsbereich 22b ebenfalls mit den Übergangszellen 13, sind im zweiten Bereich 24 mit den größeren Zellen 12‘ vierlagige Zellwände 14 notwendig. Nach dem zweifachen Übergang wird eine einlagige Zellwand 14 der kleineren Zellen 12 im ersten Bereich 20 erzeugt. Die Anzahl der Materiallagen 2 der Zellwände 14, die in der Ausgangszellgröße, den größeren Zellen 12‘, in Abhängigkeit von den Zellübergängen benötigt wird, lässt sich berechnen mit der Formel: y = 2 ^X wobei y die Anzahl der Zellwandlagen der Ausgangsgröße und x die Anzahl der Zellübergänge verkörpern. Die Formel ergibt, dass bei einem zweifachen Zellübergang (x=2) die Ausgangszeilen (zweiter Bereich 24 mit den größeren Zellen 12‘) vierlagig (y=4) ausgeführt werden müssen.

Ab dem Übergangsbereich 22b und auch in der sich anschließenden konstanten

Zellgröße der Zwischenzellen 11 des Zwischenbereichs 23 bestehen die Zellwände 14 der Zellstruktur 1 in dem dargestellten Ausschnitt dann aus 8 Materiallagen 2. Ab dem Übergangsbereich 22a besteht die Zellstruktur 1 in dem dargestellten Ausschnitt dann aus 16 Materiallagen 2 im Bereich der Verbundabschnitte 4 der größeren Zellen 12‘. Bei dieser Variante verdoppeln sich somit die Materiallagen 2 an jedem Übergang zwischen unterschiedlichen Zellgrößen, jedoch nur dort, wo sie für die Ausbildung zusätzlicher Zellwände 14 der kleineren Zellen 12 bzw. der Zwischenzellen 11 zuvor benötigt wurden.

Gemäß der Darstellung in Fig. 10 erfolgen eine graduelle Einbringung der Materiallagen 2 und die Vermittlung zwischen den kleineren Zellen 12 des ersten Bereichs 20 und den größeren Zellen 12‘ des zweiten Bereichs 24 mittels einem doppelten, zweistufigen Übergang. Die größeren Zellen 12‘ des zweiten Bereichs 24 sind durch den Übergangsbereich 22a von einem Zwischenbereich 23, den Zwischenzellen 11 , getrennt, der wiederum durch einen Übergangsbereich 22b von den kleineren Zellen 12 des ersten Bereichs 20 getrennt ist. Für die größeren Zellen 12‘ im zweiten Bereich 24 sind zur Bildung der Zellwand 14 nur zwei Materiallagen 2 im Bereich der Verbundabschnitte 4 erforderlich. Mit der Anbindung 15, beispielsweise durch Verklebung einer Lasche, werden der Übergang zwischen den unterschiedlichen Zellgrößen und der Anschluss der zusätzlichen, schmaleren, graduelle eingebrachten Materiallagen 2 an die durchgehenden Materiallagen 2 geschaffen.

In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eines zweistufigen Zellübergangsbereiches (Figuren 9 und 10) werden die regelmäßigen Zwischenzellen 11 , deren Größe zwischen der der größeren Zellen 12‘ und der kleineren Zellen 12 liegt, zwischen den Übergangsbereichen 22a und 22b vorgesehen. Die Figuren 11 und 12 zeigen im Unterschied dazu jeweils eine Ausführungsform, bei der die Zwischenzellen 11 entfallen, sodass die beiden Übergangsbereiche 22a und 22b der Ausführungsbeispiele in Fig. 9 und 10 praktisch direkt aneinandergrenzen und in einem zweistufigen Zellübergangsbereich 22 mit Übergangszellen 13 mit stärker abweichenden Größen und Formen resultieren. Dabei zeigt Fig. 11 durchgehende Materiallagen 2 mit der resultierenden Anhäufung von Material und Fig. 12 die graduelle Anordnung der Materiallagen 2, wo sie benötigt werden, und die Verwendung der Anbindung 15 zum Anschluss an die nächstgrößeren Zellen.

Fig. 12 zeigt wie auch Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines einstufigen Übergangskonzeptes, ohne Zwischenzellen 11 , mit einem Zellgrößenverhältnis von 1 ,5 zu 1. Der Übergangsbereich 22 vereinigt stattdessen die beiden Übergangsbereiche 22a und 22b aus den Lösungen, wie sie die Figuren 9 und 10 zeigen. Durch den graduellen Einsatz der Materiallagen 2 kommt es nicht zur Anhäufung von Material in den Verbundabschnitten 4 der größeren Zellen 12‘.

Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen und den dort dargestellten Zellgrößenverhältnissen von 2:1 zeigt der Übergangsbereich 22 in Fig. 13 eine Schrägstellung der in L-Richtung verlaufenden Zellwände der Übergangszellen 13. Weiterhin ist ersichtlich, dass in Abhängigkeit von dem gewählten Zellgrößenverhältnis sich der Einflussbereich des Übergangsbereichs 22 in die daran angrenzenden Bereiche 20 und 24 der Zellen 12 bzw. 12‘ hinein erstreckt und auf die Zellgeometrie in einem Grenzbereich nahe des Übergangsbereichs 22 auswirkt.

Der Übergang von einer Zellgröße zur anderen kann in vertikaler, horizontaler oder in beiden Richtungen erfolgen. Dabei kann ein Zwischenbereich, wie oben beschrieben, vorgesehen werden oder alternativ dazu auf diesen verzichtet werden, indem nur ein einzelner Übergangsbereich vorgesehen wird bzw. mehrere Übergangsbereiche diret aneinander anschließen. Darüber hinaus können auch mehrere Zwischenbereiche mit den jeweiligen Übergangsbereichen vorgesehen sein. Besondere Vorteile resultieren, wenn durch geeignete Wahl der Faktoren der Zellgrößenverhältnisse bei mehrfachen Übergängen die Zahl der übersprungenen Zellen minimiert wird. Die Faktoren der Zellgrößenverhältnisse sind jene, um die sich die Größe der Zellen ändert (vgl. Beschreibung zu den Figuren 5 und 6), für die der Übergang geschaffen werden soll. Die einzelnen Zellgrößenverhältnisse werden dann so gewählt, dass die Zahl der übersprungenen Zellen minimal ist und die einzelnen Zellgrößenverhältnisse V als Multiplikatoren multipliziert das angestrebte Zellgrößenverhältnis V als Produkt ergeben.

Im Fügeprozess, insbesondere beim Verpressen von verklebten Papierstapeln, muss beachtet werden, dass im gestapelten, nicht expandierten Ausgangszustand die Zellstruktur 1 aufgrund der sich bei gradueller Einbringung und der damit in L-Richtung 10 sich ergebenden unterschiedlichen Anzahl von Materiallagen 2 unterschiedliche Höhen eines Stapels 31 (siehe Fig. 14) der Materiallagen 2 aufweist. Ein großer Vorteil dieser Variante besteht dennoch in der erhöhten Materialeffizienz sowie der verringerten Anzahl von Materiallagen 2 in einer Zellwand 14 vor allem im Bereich der größeren Zellen 12‘. Damit einher geht ein geringeres Gewicht der Zellstruktur 1. Die unterschiedlichen Höhen im Stapel 31 lassen sich beispielsweise durch die Verwendung von dünneren Materiallagen 2 kompensieren, sodass sich trotz lokal unterschiedlicher Lagenanzahlen eine gleichmäßige Gesamtdicke des Stapels 31 ergibt. Fig. 14 zeigt schematisch einen Prozessablauf des Verfahrens zur Herstellung von Zellstützkernen 40 mittels eines Herstellungsverfahrens 50. Ein flächiges Material, hier Papier, wird dem Prozess auf einer Rolle 3 definierter Breite B bereitgestellt und als ein Bogen, der in einer Abschnitteinrichtung 30 von der Rolle 3 abgetrennt wird und die Materiallage 2 bildet, zur Herstellung der Verbundabschnitte 4 zunächst dem Klebstoffauftrag zugeführt. Über eine Klebstoffwalze 5 mit entsprechender Oberflächentextur wird Klebstoff 16 in Streifen mit konstanter Fügebreite und konstantem Abstand (bezüglich Laufrichtung der Maschine 50 und in L-Richtung 10) auf die Materiallage 2 aufgedruckt. Die Ausbildung der geometrischen Form und Größe der Zellen 12, 12‘ durch den Expansionsprozess hängt maßgeblich von der Fügebreite und den Abständen der Verklebungen der einzelnen Materiallagen 2 in L-Richtung 10 und dem gewünschten Expansionsgrad ab.

Durch das Abtrennen der quasi endlos in Laufrichtung des Herstellungsverfahrens 50 zugeführten und mit Klebstoff 16 bedruckten Materialbahn werden Materiallagen 2 mit definierter Breite B und Länge durch die Abschnitteinrichtung 30 erzeugt und anschließend im Stapel 31 aufeinander abgelegt. Für die Ausbildung der Zellstruktur 1 müssen die Materiallagen 2 vorbestimmt alternierend abgelegt werden, um die vorgesehenen Positionen der Streifen des Klebstoffs 16 der jeweils übereinander liegenden Materiallagen 2 zu erreichen und die Verbundabschnitte auszubilden.

Die Ausführung der teilweise unregelmäßig alternierenden Klebstoffabstände und Klebstoffbreiten, die zur Realisierung der Zellstützkerne 40 erforderlich sind, kann zum Beispiel über eine Stempelanordnung auf der Klebstoffwalze 5 oder mittels Linearsystemen erfolgen. Zur variablen Umstellung des Klebstoffauftrags sind die Stempel bevorzugt einstellbar ausgeführt. Weiterhin kann der Klebstoffauftrag mittels Druckdüsen oder allgemein über bekannte steuerbare Klebstoffdosiereinheiten erfolgen. Außerdem ist für Kleinserien auch die Realisierung des Klebstoffauftrags über Handroller oder über Quetschschnittmesserhalter möglich.

Der Klebstoff 16 wird im folgenden Verfahrensschritt zumindest unter Druck in einer Pressstation 32 ausgehärtet, sodass sich in den Bereichen der Klebstoffstreifen Verbundabschnitte 4 und in den Bereichen zwischen den Klebstoffstreifen Losabschnitte 6 ausbilden. Als Klebstoff 16 kommen vorrangig Phenolharzsysteme zum Einsatz, welche nicht oder nur sehr langsam selbsthärtend sind. Erst durch Zufuhr von Wärme mit einer Temperaturerhöhung >120 °C kommt es zur Aushärtung des Klebstoffes, wodurch ein duroplastisches Phenolharz entsteht. Die Pressstation 32 verfügt deshalb vorzugsweise über eine beheizte Presse. Alternativ können aber auch andere Klebstoffe eingesetzt werden, beispielsweise auf Acrylaten basierend, die ausschließlich unter Druck ausgehärtet werden.

Nach Abschluss der Blattstapelbildung und der Herstellung der Fügestellen, beispielsweise durch Aushärten von Klebstoff 16, wie zuvor beschrieben, schließt sich die Expansion der Zellstruktur 1 in einer nicht dargestellten Expandiereinrichtung 33 an. In dieser wirken Zugkräfte auf den verklebten Stapel 31 und trennen die Materiallagen 2 in den Losabschnitten 6 voneinander, während sie in den Verbundabschnitten 4 miteinander verbunden bleiben. Dabei wird an der oberen und unteren Materiallage 2 der zum Stapel 31 abgelegten und verklebten Materiallagen 2 des flächigen Materials über die gesamte Fläche in Stapelrichtung, die der W-Richtung 8 entspricht, mit einer definierten Geschwindigkeit gezogen. In diesem Prozessschritt werden die nicht verklebten Bereiche der Zellwände, die Losabschnitte 6, in Expansionsrichtung 8 aufgezogen, womit sich die Querschnittsgeometrie der Zellstruktur 1 , der zukünftigen Zellstützkerne 40, unter Beachtung der Längenverjüngung in L-Richtung 10 ausbildet.

In Abhängigkeit von der Breite B der verarbeiteten Materialbahnen entsteht die Zellstruktur 40 mit Enddicke, der Höhe T (T-Richtung 18), oder ein Kernblock 37 (meist mit duroplastischen Kunststoffsystemen beschichtet), aus denen später gewünschte Schichten von Zellstützkernen 40 der Höhe T mittels geeigneter Trennverfahren hergestellt werden. Neben der Kernschichtdicke mit der Höhe T wird die Richtung der verklebten, doppelten Zellwände 14 mit L (L-Richtung 10) und die Expansionsrichtung mit W (W-Richtung 8) bezeichnet.

Im dargestellten Beispiel eines Verfahrensschemas wird jedoch zunächst der Kernblock 37 hergestellt, zur Fixierung der expandierten Struktur des Kernblocks 37 in ein Harzbad 34 getaucht und das als Beschichtungsmittel dienende Harz, welches beispielsweise so ausgewählt ist, dass es gleichzeitig die Flammeigenschaften des Zellstützkerns 40 positiv beeinflusst und die Brandsicherheit erhöht, nachfolgend in einem Ofen 35 ausgehärtet. Das Fixieren dient zur Formstabilität, das Beschichten neben der Verbesserung der Flammeigenschaften zur Einstellung des Flächengewichtes des Zellstützkerns 40 sowie zur Verbesserung von dessen Materialeigenschaften, vor allem der Drucksteifigkeit und der Druckfestigkeit in T-Richtung 18. Zum Schluss erfolgt das Abtrennen einzelner Zellstützkerne 40 vom Kernblock 37 in der gewünschten Höhe T mittels einer Abtrenneinrichtung 36. Bezugszeichenliste

1 Zellstruktur

2 Materiallage, Papierlage

3 Rolle

4 Verbundabschnitt, Klebelänge

5 Walze

6 Losabschnitt

8 erste Richtung, W-Richtung, Expansionsrichtung

10 zweite Richtung, L-Richtung

11 Zwischenzelle

12,12“ kleinere Zelle, größere Zelle

13 Übergangszelle

14 Zellwand

15 Anbindung

16 Klebstoff

18 T-Richtung

20 erster Bereich (kleinere Zellen 12)

22, 22a, 22b Übergangsbereich

23 Zwischenbereich

24 zweiter Bereich (größere Zellen 12‘)

26 übersprungene Zellen

30 Abschnitteinrichtung

31 Stapel

32 Pressstation

33 Expandiereinrichtung

34 Beschichtungsmittel, Harz, Harzbad

35 Ofen

36 Abtrenneinrichtung

37 Kernblock

40 Zellstützkern

50 Herstellungsverfahren

B Breite der Materialbahn/der Zellstruktur

LA, LC Verbindungslänge (des Verbundabschnitts 4)

T Höhe (der Zellstruktur 1)

V Zellgrößenverhältnis