DE10047753A1 - Rohrförmiges Leichtbauteil - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Leichtbauteil. Ein inneres Rohr (1) wird außen mit einer rippenförmigen Stützstruktur (3) umgeben. Diese Stützstruktur (3) wiederum wird von einem äußeren Rohr (4) so umgeben, dass die Stützstruktur (3) zumindest teilweise an der Innenseite des äußeren Rohrs (4) anliegt. Aufgrund des relativ großen Druchmessers des äußeren Rohres (4) können für die beiden Rohre (2, 4) und für die Stützstruktur (3) relativ dünne Wandstärken gewählt werden. Es ist so möglich, ein rohrförmiges Leichtbauteil zu bauen, das sehr leicht ist, ohne Einbußen bei der Festigkeit zu haben.

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Leichtbauteil.

Allgemein bekannt sind Verbundrohre, bei denen ein erstes Rohr von einem zweiten Rohr umgeben ist. Bei einem solchen Verbundrohr besteht die Möglichkeit, dass es innen und außen aus unterschiedlichen Materialien besteht, die jeweils optimal auf das angrenzende Material oder Medium bzw. die mechanischen Anforderungen abgestimmt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannten Verbundrohre weiterzubilden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß Patentanspruch 1 wird ein inneres Rohr außen mit einer rippenförmigen Stützstruktur umgeben. Diese Stützstruktur wiederum wird von einem äußeren Rohr so umgeben, das die Stützstruktur zumindest teilweise an der Innenseite des äußeren Rohrs anliegt. Im Gegensatz zu einem Verbundrohr entsteht dadurch ein relativ großer Abstand zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr. Auf Grund des relativ großen Durchmessers des äußeren Rohres und der damit verbundenen hohen Steifigkeit können für die beiden Rohre und für die Stützstruktur relativ dünne Wandstärken gewählt werden. Es ist so möglich, ein rohrförmiges Leichtbauteil zu bauen, das leichter ist, als ein konventionelles Rohr oder ein Verbundrohr, ohne Einbußen bei der Festigkeit zu haben. Solche rohrförmigen Leichtbauteile können sowohl als Rohre als auch als Strukturbauteile eingesetzt werden.

Als Rohr gelten alle länglichen Abschnitte mit einem geschlossenen Querschnitt.

Gemäß Patentanspruch 2 kann das innere Rohr aus mehreren Rohrsegmenten be­ stehen. Diese Rohrsegmente aneinander gefügt ergeben wieder das vollständige innere Rohr. Die Herstellung einzelner Rohrsegmente ist im Vergleich zur Herstellung eines einteiligen Rohres, insbesondere bei der Verwendung von Kunststoff als Material, einfacher und damit preiswerter. Die Verbindung beispielsweise zweier Halbrohre, die aus Kunststoffspritzguss hergestellt werden, kann einfach erzeugt werden durch eine Vibrationsverschweißung.

Gemäß Patentanspruch 3 kann genauso wie das innere Rohr auch das äußere Rohr aus mehreren Rohrsegmenten bestehen. Besonders geeignet sind dabei Rohrseg­ mente aus Blechen. Bleche haben den großen Vorteil, dass sie selbst bei sehr dünnen Wandstärken eine hohe Festigkeit aufweisen. Diese Blechsegmente können miteinander beispielsweise über Flansche verbunden werden, die miteinander ver­ nietet, verschweißt, verschraubt, geklebt oder auf eine beliebige andere Weise verbunden werden.

Gemäß Patentanspruch 4 kann die Stützstruktur fest mit einem der beiden Rohre verbunden sein. Für die Verbindung der Stützstruktur mit einem der Rohre gibt es viele Möglichkeiten: Bei Rohren aus Kunststoff kann die Stützstruktur einteilig an die Rohrsegmente mit angespritzt werden. Dies reduziert die Anzahl der notwendigen Einzelteile für das rohrförmige Leichtbauteil und reduziert so die Montagekosten. Alternativ können Rohrsegmente aus Metall mit den Rippen der Stützstruktur aus thermoplastischem Kunststoff verschweißt werden. Denkbar ist auch eine Kombination dieser beiden Lösungen: Das innere Rohr besteht aus Rohrsegmenten aus Kunststoff mit einer angespritzten Stützstruktur, auf die die Rohrsegmente aus Blech für das äußere Rohr aufgeschweißt werden.

Gemäß Patentanspruch 5 kann das äußere Rohr Aussparungen haben. Diese Aus­ sparungen können in Form von Fenstern, Lochungen oder Gittern ausgebracht sein. Der Vorteil solcher Aussparungen liegt vor allem darin, dass das Gewicht noch einmal reduziert werden kann, ohne nennenswerte Reduzierungen der Festigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass ein äußeres Rohr mit solchen Aussparungen wesentlich seltener Resonanzen erzeugt. Es können also mit Hilfe solcher Aussparungen auch unerwünschte Schwingungsüber­ tragungen verhindert werden.

Gemäß Patentanspruch 6 kann ein erfindungsgemäßes rohrförmiges Leichtbauteil so gestaltet sein, dass es bei einer axiale Belastung, die einen zulässigen Wert überschreitet, auch Energie absorbierende Eigenschaften hat. Das heißt, dass das rohrförmige Leichtbauteil in axialer Richtung zusammengestaucht werden kann und dabei Energie vernichtet. Damit kann ein solches rohrförmiges Leichtbauteil zum Beispiel als Träger für Stoßfänger von Fahrzeugen verwendet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Abschnittes eines rohr­ förmigen Leichtbauteils,

Fig. 2 eine Explosionsdarstellung der Einzelteile des rohrförmigen Leichtbauteils aus Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Schnittebene A in Fig. 2.

Das in den Figuren dargestellte, rohrförmige Leichtbauteil besteht aus einem inneren Rohr 2, das aus zwei schalenartigen Segmenten 1 besteht, mit einer ange­ spritzten rippenförmigen Stützstruktur 3. Das innere Rohr 2 mit der Stützstruktur 3 wird umgeben von drei Segmenten 5 aus Blech eines äußeren Rohres 4. Die Segmente 5 haben jeweils an ihren Längsseiten einen Verbindungsflansch 9. Die Mantelfläche der Segmente 5 hat große Ausklinkungen 6 und Bereiche 7 mit vielen kleinen Ausklinkungen 8. Diese Bereiche 7 mit vielen kleinen Ausklinkungen 8 kommen direkt über Kreuzungspunkten der rippenförmigen Stützstruktur 3 zum Liegen.

Werden nun die Segmente 5 mit den Bereichen 7 auf die Stützstruktur 3 aus thermoplastischem Kunststoff gepresst und gleichzeitig die Kontaktstellen erwärmt, kommt es zu einer formschlüssigen Verbindung, der erwärmte Kunststoff der Stützstruktur 3 kann teilweise durch die Ausklinkungen 8 hindurchdringen. Dazu können die Segmente 5 ganzteilig erwärmt werden, oder nur die Bereiche 7 lokal erwärmt werden. Zusätzlich werden die beiden Segmente 5 an ihren Verbindungs­ flanschen 9 miteinander verschweißt. Als Verbindung zwischen den Einzelteilen ist auch ein Verkrallen, Verzahnen, Vibrationsverschweißen, ein nachträgliches Verdübeln, sowie jede andere geeignete Verbindungstechnik möglich. Die dargestellten Verbindungsflansche 9 stehen seitlich deutlich ab. Sie können sich aber genauso koplanar überlappend an das äußere Rohr 4 anlehnen.

Bei der Herstellung eines Formschlusses mit Hilfe eines Kunststoffes, der bei Wärme fliessen kann, sind noch weitere vorteilhafte Ausgestaltungen möglich: Da ein kleiner Teil des Kunststoffs der rippenförmigen Stützstruktur 3 auf die Außenfläche des äußeren Rohres 4 gelangt, kann dieser dort auch dazu genutzt werden, weitere Funktionen in das rohrförmige Leichtbauteil zu integrieren: So können zum Beispiel auf diese Weise Befestigungspunkte oder krafteinleitende Punkte günstig gestaltet werden. An Krafteinleitungsstellen können auch Rohrsegmente besonders hoher Steifigkeit verwendet werden, ohne dass das ganze Rohr entsprechend steif ausgelegt werden muss. Dieser Vorteil wird noch vergrößert, wenn das äußere Rohr 4 auch in Longitudinalrichtung segmentiert ist.

Das rohrförmige Leichtbauteil hat trotz der vielen Ausklinkungen 6 und 7 eine hohe Festigkeit und weist ein verhältnismäßig geringes Gewicht auf. Wenn anstelle von Metallen für das äußere Rohr 4 kohle- oder aramidfaserverstärkte Kunststoffe verwendet werden, kann eine weitere Gewichtsreduzierung erzielt werden.

Rohrförmige Leichtbauteile sind geeignet zur Luftführung, für Leiterbahnen bzw. Leerrohre für Kabel, Bowdenzüge, aber auch klassische Medien, wie Wasser, Öl, etc. Sollen keinerlei Geräusche aus dem Rohrinneren nach außen dringen, können die Hohlräume zwischen den Rippen der Stützstruktur 3 mit einem schallab­ sorbierenden Material gefüllt werden. Dieses schallabsorbierende Material kann entweder bei der Montage in Form von Einzelteilen eingebracht werden, oder es kann durch Ausklinkungen 7 nachträglich beispielsweise in Form eines Schaums eingespritzt werden. Auch können zur optimalen Bauraumnutzung eine Vielzahl kleiner Bauteile, wie zum Beispiel elektrische oder elektronische Sensoren, Verbinder und vieles mehr in den Hohlräumen der Stützstruktur untergebracht werden. Diese können in Aufnahmen befestigt werden, die einteilig mit der Stützstruktur ausgebracht sind. Die Montage kann durch Ausklinkungen von außen erfolgen.

Neben den oben aufgeführten Verwendungszwecken kann ein rohrförmiges Leicht­ bauteil auch als Strukturbauteil verwendet werden. Es kann eingesetzt werden als mast-, streben- oder pfostenartiges Bauteil, als Halter von Stoßstangen bei Fahrzeugen, etc.

Zur Vorbeugung einer Lockerung der Einzelteile eines rohrförmigen Leichtbauteils beispielsweise durch unterschiedliche Wärmedehnungen können die Einzelteile unter Vorspannung gefügt werden: Diese Vorspannung kann mechanisch oder thermisch erzeugt werden. Für eine thermische Vorspannung kann das innere Rohr 2 tiefgekühlt in den Ummantelungsprozess eingebracht werden.

Claims (6)

1. Rohrförmiges Leichtbauteil bestehend aus einem inneren Rohr aus hochfestem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (2) an der Außenseite von einer rippenförmigen Stützstruktur (3) umgeben ist und die Stützstruktur (3) von einem äußeren Rohr (4) umgeben ist, so dass das äußere Rohr (4) an der Innenseite zumindest teilweise an der Stützstruktur (3) anliegt.

2. Rohrförmiges Leichtbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr (2) aus mehreren Rohrsegmenten (1) besteht.

3. Rohrförmiges Leichtbauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das äußere Rohr (4) aus mehreren Rohrsegmenten (5) besteht.

4. Rohrförmiges Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, da­ durch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (3) fest mit dem inneren (2) oder äußeren Rohr (4) verbunden ist.

5. Rohrförmiges Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Rohr (4) Aussparungen (6) hat.

6. Rohrförmiges Leichtbauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass bei axialer Belastung, die einen zulässigen Wert überschreitet, das Leichtbauteil Energie absorbierende Eigenschaften hat.