DE10136003A1 - Verbundbauteil für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Verbundbauteil für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Es wird ein Verbundbauteil (1) für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer das Verbundbauteil (1) außen bedeckenden unteren (3) und oberen Begrenzungsschicht (2) und einer zwischen diesen Begrenzungsschichten (2, 3) angeordneten Zwischenlage (4) vorgestellt. Das Verbundbauteil (1) soll sowohl eine ausreichende Festigkeit aufweisen als auch über die Fähigkeit einer hohen Energieabsorption verfügen, ohne ein gegenüber herkömmlichen Bauteilen vergrößertes Bauteilvolumen zu erfordern. Erreicht wird dies durch ein Verbundbauteil (1), bei dem die Zwischenlage (4) mindestens drei wellenförmige formsteife Einzellagen (5, 6, 7) umfaßt, bei denen der Abstand s zwischen jeweils einem Wellenberg (8) und einem Wellental (9) für jede Einzellage (5, 6, 7) konstant ist und darüber hinaus für alle Einzellagen (5, 6, 7) gleich groß ist, wobei das Verbundbauteil (1) durch Änderung seiner Struktur von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition (Fig.2) wechseln kann, indem die mittlere Einzellage (7) gegenüber den benachbarten Einzellagen (5, 6) um den Abstand s in Richtung ihrer Hauptachse (10) verschoben wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verbundbauteil für Kraftfahrzeuge mit mindestens
einer das Verbundbauteil außen bedeckenden unteren und oberen
Begrenzungsschicht und einer zwischen der mindestens einen unteren und der
mindestens einen oberen Begrenzungsschicht angeordneten Zwischenlage.
Der Hintergrund für den Einsatz derartiger Verbundbauteile ist in erster Linie
der Schutz der Unfallgegner eines Kraftfahrzeuges, insbesondere der Schutz
von Fußgängern und Zweiradfahrern. Darüberhinaus bieten solche
Verbundbauteile aber den Fahrzeuginsassen der Kraftfahrzeuge selbst auch
einen erhöhten Schutz.
Fußgänger und Zweiradfahrer, die zu den schwächeren Verkehrsteilnehmern
zählen, sind darauf angewiesen, daß ihre häufig stärkeren Unfallgegner,
insbesondere Kraftfahrzeuge, Maßnahmen und entsprechende Einrichtungen zu
ihrem Schutz bereitstellen. Fahrer und Insassen von Kraftfahrzeugen sind von
einer sie schützenden Karosserie umgeben und verfügen darüber hinaus über
ein System von zusätzlich im Fahrzeug integrierten Schutzeinrichtungen wie
Gurtsysteme und Airbags. Sie haben somit einen ausreichenden, eigenen
Schutz, wohingegen Fußgänger und Zweiradfahrer in ihren Möglichkeiten, sich
selbst zu schützen, stark eingeschränkt und in einer Unfallsituation ohne
Zwischenschaltung geeigneter Vorrichtungen meist körperlich direkt betroffen
sind. Schutzvorrichtungen im eigentlichen Sinne sind für Fußgänger nicht
vorgesehen. Der Fußgänger gilt als der schwächste Verkehrsteilnehmer, der in
der Regel darauf angewiesen ist, daß seine Unfallgegner ihn schützende
Maßnahmen bzw. Einrichtungen zur Verfügung stellen. Bei Zweiradfahrern
stellt sich die Situation nicht wesentlich anders dar. Bei Radfahrern erschöpfen
sich die Schutzvorrichtungen im günstigsten Fall in einem Helm, wohingegen
bei Zweikrafträdern der gesetzlich vorgeschriebene Schutzhelm durch eine
Schutzkleidung ergänzt werden kann.
Diese für Fußgänger und Zweiradfahrer bereitgestellten Schutzvorrichtungen
können aber in keiner Weise mit dem breiten Schutz verglichen werden, der
den Insassen eines Kraftfahrzeuges durch die sie umgebende
Fahrzeugkarosserie gewährt wird.
Aus den genannten Gründen konzentrieren sich die Entwicklungsarbeiten in der
Kraftfahrzeugtechnik darauf, die Bereiche des Kraftfahrzeuges, die sich bei
Unfällen mit Fußgängern und Zweiradfahrern als die häufigsten Aufprallzonen
herausgestellt haben, konstruktiv so zu gestalten, daß die Verletzungsgefahr
der Beteiligten reduziert wird. Unfallstatistiken und Crashversuche weisen als
häufigste Aufprallzone die Frontpartie und hier insbesondere die Motorhaube
des Kraftfahrzeuges und damit als den für Sicherheitsmaßnahmen relevantesten
Bereich aus. Neben dieser Anforderung an die Frontpartie wird gleichzeitig die
Forderung erhoben, ein Kraftfahrzeug solle einen um 40% außermittigen
Frontalaufprall mit geringen Geschwindigkeiten bis 15 km/h unbeschädigt
überstehen, wobei beide Ziele in Konkurrenz zueinander treten können, da sich
Festigkeit einerseits und die Fähigkeit hoher Energieabsorption andererseits
gegenseitig einschränken können. Es kommen die grundsätzlichen
Zielsetzungen des Kraftfahrzeugbaus hinzu, gewichtssparend und raumsparend
zu konstruieren, wobei raumsparend u. a. bedeutet, daß die Bauteile ein
möglichst geringes Bauvolumen aufweisen sollen. Der der konstruktiven
Ausgestaltung des Frontbereiches zugrundeliegende Gedanke ist, daß die bei
einem Unfall zwischen einem Kraftfahrzeug und einer im Frontbereich
auftreffenden Person freiwerdenden Energie zum größstmöglichen Teil vom
Kraftfahrzeug absorbiert werden soll und der kleinere Teil durch Deformation
des Körpers der unfallbeteiligten Person selbst. Ziel ist es also, den
Frontbereich eines Kraftfahrzeuges so zu gestalten, daß die Fähigkeit im Falle
eines Aufpralls, Energie zu absorbieren, optimiert ist. Hierzu finden nach dem
Stand der Technik verschiedene Lösungsansätze in der Praxis Anwendung.
Ein erster Lösungsansatz sieht die Verwendung von Verbundwerkstoffen vor.
Diese Werkstoffe, die aus zwei oder mehreren Komponenten bestehen,
gestatten über die Kombination verschiedener Materialien die gleichzeitige
Kombination ihrer Materialeigenschaften. Entsprechend dem jeweiligen
Anforderungsprofil kommt ein hierfür abgestimmter Verbundwerkstoff zum
Einsatz. So findet im vorliegenden Fall ein Verbundwerkstoff Anwendung, der
sowohl eine ausreichende Festigkeit entsprechend der Forderung nach einer
hohen Karosseriesteifigkeit aufweist, daneben aber auch ein hohes
Energieabsorptionsvermögen hat. Hervorzuheben sind in diesem
Zusammenhang die sogenannten Shape Memory Materials, die nach einer
Deformation reversibel die ursprüngliche Form annehmen.
Einen weiteren Lösungsansatz bieten Verbundbauteile. Verbundbauteile sind
zunächst mit dem Ziel eingesetzt worden, die Reduzierung des
Fahrzeuggewichtes voranzutreiben. Diese Teile bestehen in der Regel aus
Kunststoffformteilen mit eingegossenen metallischen Verstärkungen und/oder
außen aufliegenden dünnen Abdeckungen. Die Gewichtseinsparungen liegen im
Bereich von 20-25%. Die Weiterentwicklung dieser Verbundbauteile erfolgte
mit der Zielsetzung, daß diese Verbundbauteile neben ihren Vorteilen
hinsichtlich der Gewichtseinsparung auch der Anforderung nach einer hohen
Nachgiebigkeit bzw. Energieabsorption bei einem Aufprall genügen sollen. Es
wurden Verbundteile entwickelt, die aus mehreren Komponenten bestehen,
welche formschlüssig zu einem leichten und hochfesten Bauteil miteinander
verbunden werden, und die im Fall eines Aufpralls ihre formschlüssige
Verbindung teilweise oder ganz lösen bzw. lockern. Hierdurch soll die
Festigkeit des gesamten Verbundbauteils herabsetzt werden. Da die
Gesamtfestigkeit des Verbundbauteils auf dem Zusammenwirken seiner
einzelnen Komponenten beruht, kann die gewünschte Entfestigung dadurch
erreicht werden, daß der Verbund zwischen den einzelnen Komponenten ganz
oder teilweise aufgelöst wird, so daß aus dem ursprünglich sehr formsteifen
Verbundbauteil ein relativ leicht verformbares Ensemble von mehr oder
weniger voneinander getrennten Komponenten entsteht.
Nachteilig an den nach dem Stand der Technik verwendeten Verbundbauteilen
bzw. Verbundwerkstoffen ist das große Bauteilvolumen, das im Widerspruch
zu der grundlegenden Zielsetzung einer raumsparenden Konstruktion steht. Die
Fähigkeit hoher Energieabsorption verbunden mit einer ausreichenden
Festigkeit führt nach dem Stand der Technik zu voluminösen Bauteilen.
Eine aus Verbundwerkstoffen gefertigte Motorhaube bzw. eine als Verbundteil
ausgelegte Motorhaube, die das Ziel haben soll, möglichst viel Energie
absorbieren zu können, ist voluminöser als eine herkömmliche Motorhaube,
die in der Regel aus dünnen Metall- oder Kunststoffblechen gefertigt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verbundbauteil
für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, daß sowohl über die Fähigkeit hoher
Energieabsorption verfügt als auch eine ausreichende Festigkeit aufweist,
wobei keine Vergrößerung des Bauteilvolumens gegenüber herkömmlichen
Bauteilen auftreten soll.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verbundbauteil mit mindestens einer
unteren und oberen Begrenzungsschicht und einer zwischen diesen
angeordneten Zwischenlage, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Zwischenlage mindestens drei wellenförmige, formsteife, gegeneinander
verschiebare Einzellagen umfaßt, bei denen sowohl bei jeder einzelnen
Einzellage als auch bei den Einzellagen untereinander jeweils die Abstände s
zwischen einem Wellenberg und einem Wellental von gleicher Größenordnung
sind und daß zumindest die obere Einzellage bewegbar ist und die mittlere
Einzellage so verschiebbar ist, daß die Einzellagen in einer Ruheposition in der
Art angeordnet sind, daß jeweils die Wellenberge und jeweils die Wellentäler
der Einzellagen aufeinanderliegen, und in einer Arbeitsposition in der Art
angeordnet sind, daß die mittlere Einzellage gegenüber den benachbarten
Einzellagen um den Abstand s tangential zu den Wellenbergen oder
Wellentälern verschoben ist.
Das Funktionsprinzip des Verbundbauteils beruht im wesentlichen auf seiner
Fähigkeit, die Struktur ändern zu können. Die Eigenschaft des
Verbundbauteiles, seine Struktur verändern zu können, bewirkt, daß ein und
dasselbe Bauteil die teilweise in Konkurrenz stehenden Zielsetzungen
verwirklicht. Eine ausreichende Festigkeit, die Fähigkeit hoher
Energieabsorption und eine raumsparende Konstruktion werden bei den
Bauteilen nach dem Stand der Technik nur unter Eingehung von
Kompromissen verwirklicht. Keine der genannten Zielsetzungen kann bei den
herkömmlichen Bauteilen optimiert werden, ohne bei den übrigen
Zielsetzungen Nachteile akzeptieren zu müssen. Hingegen treten die genannten
Zielsetzungen bei dem erfindungsgemäßen Verbundvorteil nicht in Konkurrenz,
wobei durch die konstruktive Ausgestaltung des Verbundbauteils, insbesondere
der Fähigkeit zur Strukturänderung, erreicht wird, daß sämtlichen an das
Bauteil gestellten Anforderungen in ihrer Gesamtheit Rechnung getragen wird.
Eine ausreichende Festigkeit weist das Verbundbauteil in seiner Ruheposition
auf, in der die mindestens drei wellenförmigen Einzellagen in der Art
angeordnet sind, daß sich die vorzugsweise formidentischen Einzellagen
aneinander schmiegen und jede Einzellage auf diese Weise einen großflächigen
Kontakt zu der mindestens einen benachbarten Einzellage aufweist. Hierdurch
bilden die Einzellagen in der Ruheposition eine formsteife, feste Zwischenlage,
die durch eine untere und obere Begrenzungsschicht bedeckt wird und
hierdurch einerseits an Festigkeit weiter zunimmt und andererseits eine glatte
Außenkontur erhält. Zudem führt die Anordnung der Zwischenlagen in der
Ruheposition und somit die Struktur des Verbundbauteiles insgesamt zu einem
mit herkömmlichen Bauteilen vergleichbaren Bauteilvolumen.
Dies läßt sich leicht veranschaulichen durch einen Vergleich zwischen einer
herkömmlichen Motorhaube und einer mittels des erfindungsgemäßen
Verbundbauteiles gefertigten Motorhaube. Grundsätzlich weisen Motorhauben
eine Deckschicht bzw. Außenhaut auf, die vergleichbar mit der oberen
Begrenzungsschicht ist bzw. von dieser ausgebildet wird. Des weiteren wird
eine Motorhaube an ihrer zum Motor hingerichteten Innenfläche mit Streben
verstärkt, um der wenig formsteifen, großflächigen Deckschicht eine
ausreichende Festigkeit zu geben. Diese Streben werden bei Verwendung des
erfindungsgemäßen Verbundbauteils durch die Zwischenlage ersetzt. Damit
wird kein zusätzliches Bauteil eingebracht, sondern ein Substitut für die
herkömmlichen Bauteilelemente. Folglich weisen beide Motorhauben
vergleichbare Bauteilvolumina und Festigkeiten auf.
In der Arbeitsposition sind die Einzellagen der Zwischenschicht so angeordnet,
daß die mittlere Einzellage gegenüber der unten und oben benachbarten
Einzellage um den Abstand s in Richtung der Hauptachsen der Einzellagen
verschoben ist. Weil der Abstand s, um den die mittlere Einzellage verschoben
wird, auch das geometrische Maß für den Abstand zwischen jeweils einem
Wellenberg und einem Wellental jeder einzelnen Einzellage ist und dieser
Abstand für jede Einzellage gleich groß ist, haben die Einzellagen in der
Arbeitsposition im wesentlichen im Bereich ihrer Wellenberge und Wellentäler
Kontakt.
Die mittlere Einzellage hat in der Arbeitsposition im Bereich ihrer Wellenberge
Kontakt mit der benachbarten oberen Einzellage, wobei die Wellenberge der
mittleren Einzellage mit den Wellentälern der oberen Einzellage in Berührung
stehen. Hinsichtlich der benachbarten unteren Einzellage ergibt sich ein
ähnliches Bild. Die mittlere Einzellage hat mit der benachbarten unteren
Einzellage im Bereich ihrer Wellentäler Kontakt, wobei sich die Wellentäler
der mittleren Einzellage und die Wellenberge der benachbarten unteren
Einzellage berühren.
Die Einzellagen sind in ihrer Grundform wellenförmig. Damit ist die
Ausbildung der Einzellagen aber nicht auf solche Einzellagen beschränkt, die
durch Zusammenfügen einer Vielzahl von runden bzw. bogenförmigen
Abschnitten gebildet werden. Vielmehr sind sämtliche Formen zulässig, die ein
Verschieben der Einzellagen gegeneinander ermöglichen. Eine sinusförmige
Ausbildung der Einzellagen und auch Abwandlungen dieser durch
beispielsweise eine Stauchung oder Streckung werden ebenfalls durch das
Merkmal "wellenförmig" erfaßt. Eine Einzellage ist ebenfalls durch gerade
bzw. ebene Abschnitte ausformbar. Beispielsweise durch gleichschenklige
Dreiecke, bei denen vorzugsweise die Spitze weggelassen wird, wodurch die
Wellenberge und die Wellentäler einen ebenen Bereich aufweisen und in der
Arbeitspositionen über eine größere Fläche Kontakt haben. Dies macht die
Gesamtkonstruktion in der Arbeitsposition stabiler.
Die Strukturänderung des Verbundbauteiles, die durch Verschieben der
mittleren Einzellage um den Abstand s erfolgt, hat im wesentlich zwei Effekte,
die im Hinblick auf die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe im
Vordergrund stehen.
Zum einen wird durch Verschieben der mittleren Einzellage das
Bauteilvolumen in der Art erweitert, daß der Verformungsweg senkrecht zu
der unteren bzw. oberen Begrenzungsschicht vergrößert wird. Damit wird die
Verzögerung eines auf die obere Begrenzungsschicht auftreffenden
Gegenstandes bzw. einer auftreffenden Person früher eingeleitet.
Darüberhinaus wird beispielsweise bei einer aus dem erfindungsgemäßen
Verbundbauteil gefertigten Motorhaube der hinsichtlich Sicherheit maßgebliche
Abstand zum Motorblock vergrößert.
Zum anderen wird das Verbundbauteil durch die Strukturänderung
gewissermaßen entfestigt, damit elastischer und leichter verformbar. Das
Verbundbauteil weist in seiner Arbeitsposition ein verbessertes Verhalten
hinsichtlich der Energieabsorption auf. Die beim Aufprall eines Gegenstandes
oder einer Person auf das Verbundbauteil freiwerdende Energie kann
schonender abgebaut werden und darüberhinaus werden generell größere
Gesamtenergiemengen abgebaut. Wie oben bereits ausgeführt, ist es Ziel der
Fahrzeugkonstruktion, möglichst wenig Energie über den auftreffenden
Gegenstand bzw. die auftreffende Person und deren Deformation zu vernichten
bzw. umzuwandeln. Hingegen soll möglichst viel Energie bei einem Aufprall
durch das Fahrzeugbauteil vernichtet werden.
Somit verfügt das erfindungsgemäße Verbundbauteil aufgrund seiner Fähigkeit
zur Strukturänderung in der Ruheposition über eine ausreichende Festigkeit
und ein mit herkömmlichen Bauteilen vergleichbares Bauteilvolumen und
zusätzlich in der für einen Unfall relevanten Arbeitsposition die Fähigkeit
hoher Energieabsorption und ausreichender Elastizität.
Vorteilhaft sind Verbundbauteile, bei denen die obere Einzellage der
Zwischenlage mit der oberen Begrenzungsschicht verbunden ist.
Vorzuziehen sind Verbundbauteile, bei denen die obere Einzellage der
Zwischenlage mit der oberen Begrenzungsschicht im Bereich der Wellenberge
verbunden ist.
Durch die Verbindung der oberen Begrenzungsschicht mit der oberen
Einzellage in eine Fixierung der Begrenzungsschicht grundsätzlich und gerade
beim Wechsel der Einzellagen von der Ruheposition in die Arbeitsposition
gewährleistet.
Ebenso günstig sind Verbundbauteile, die dadurch gekennzeichnet sind, daß die
untere Einzellage der Zwischenlage mit der unteren Begrenzungsschicht
verbunden ist.
Bei der überwiegenden Zahl der Anwendungsfälle ist die untere
Begrenzungsschicht fixiert, wodurch die auf ihr aufliegende untere Einzellage
in einfacher Weise durch Verbinden mit der unteren Begrenzungsschicht
ebenfalls fixiert wird. Im Fahrzeugbau bietet sich beim Einsatz des
erfindungsgemäßen Verbundbauteiles die Fixierung an der Karosserie an. Die
untere Begrenzungsschicht ist dann fahrzeugfest und dient als Fixierung für
andere Bauelemente.
Vorzuziehen sind Verbundbauteile, bei denen die untere Einzellage der
Zwischenlage mit der unteren Begrenzungsschicht im Bereich der Wellentäler
verbunden ist.
Eine günstige Ausführungsform des Verbundbauteiles ist dadurch
gekennzeichnet, daß die untere Begrenzungsschicht mit der oberen
Begrenzungsschicht mittels mindestens eines Verbindungsmittels beweglich
verbunden ist.
Die Verbindung der beiden Begrenzungsschichten hat u. a. zum Ziel, auf die
relative Bewegung der beiden Bauteile zueinander Einfluß zu nehmen. Im
Rahmen des Wechsels von der Ruheposition in die Arbeitsposition, was durch
Verschieben der mittleren Einzellage erfolgt, bewegen sich die beiden
Begrenzungsschichten auseinander und dies im wesentlichen in Richtung einer
auf ihnen stehenden Senkrechten. Abhängig von der wellenförmigen
Ausbildung der Einzellagen bzw. der Ausbildung der Wellentäler und
Wellenberge ist aber auch eine begrenzte Relativbewegung tangential zu den
Wellenbergen oder Wellentälern und in Richtung der Hauptachsen der
Einzellagen akzeptabel.
Vorteile bieten Verbundbauteile, bei denen das mindestens eine
Verbindungsmittel außerhalb der Zwischenlage angeordnet ist. Hierdurch
entfällt eine konstruktive Modifikation der Zwischenlage, die bei innerhalb der
Zwischenlage angeordneten Verbindungsmittel erforderlich wird.
Bei einigen Anwendungsfällen bieten hingegen Ausführungsformen des
Verbundbauteiles Vorteile, die dadurch gekennzeichnet sind, daß das
mindestens eine Verbindungsmittel innerhalb der Zwischenlage angeordnet ist,
wobei mindestens eine Öffnung in der Zwischenlage vorzusehen ist, durch die
das mindestens eine Verbindungsmittel durchgeführt wird. Die Anordnung des
Verbindungsmittels innerhalb der Zwischenlage ist günstig und erforderlich,
wenn außerhalb der Zwischenlage der für das mindestens eine
Verbindungsmittel erforderliche Bauraum nicht zur Verfügung steht.
Günstig sind Ausführungsformen, bei denen das mindestens eine
Verbindungsmittel eine Stange ist, die an der unteren Begrenzungsschicht und
an der oberen Begrenzungsschicht jeweils mit einem ihrer Enden gelenkig
gelagert ist. Die gelenkige Lagerung der beiden Stangenenden an der
jeweiligen Begrenzungsschicht ist zwingend, um ein Auseinandergehen der
beiden Begrenzungsschichten, das infolge des Verschiebens der mittleren
Einzellage erforderlich wird, zu ermöglichen. Darüberhinaus beschränkt eine
derartig angeordnete Stange die relative Bewegung der beiden
Begrenzungsschichten in Richtung der Hauptachsen der Einzellagen, also in
Richtung der Tangenten der Wellenberge und Wellentäler. Vorzugsweise soll
eine solche Bewegung wie oben bereits geschildert nur in engen Grenzen
zugelassen werden. Die Verbindung der oberen Begrenzungsschicht mit der
unteren Begrenzungsschicht muß grundsätzlich ein Auseinanderdrücken der
Begrenzungsschichten beim Wechsel von der Ruhe- in die Arbeitsposition
zulassen, um die Funktionstüchtigkeit des erfindungsgemäßen Verbundbauteiles
zu gewährleisten.
Günstige Ausführungsformen des Verbundbauteiles sind dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Verbindungsmittel ein elastisches
Band ist. Dieses Band dient im wesentlichen der Festigkeit des
Verbundbauteiles und kann abhängig von seiner jeweiligen Ausführungsform
nur begrenzt nicht in der Art und Weise wie die gelenkig gelagerte Stange die
relative Bewegung der Begrenzungsschichten in Richtung der Hauptachsen der
Einzellagen beeinflussen. Das Band ist aber mit weniger Aufwand in das
Verbundbauteil zu implementieren und trägt nur unerheblich zu einer
Steigerung des Gesamtgewichtes bei.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles gemäß der folgenden
Zeichnungsfiguren näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform des Verbundbauteiles
in der Ruheposition im Schnitt, und
Fig. 2 eine Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Verbundbauteiles
in der Arbeitsposition im Schnitt.
Das in Fig. 1 dargestellte Verbundbauteil 1 weist eine obere
Begrenzungsschicht 2, eine untere Begrenzungsschicht 3 und eine zwischen
diesen Begrenzungsschichten 2, 3 angeordnete Zwischenlage 4 auf. Die
Zwischenlage 4 umfaßt drei Einzellagen 5, 6, 7, wobei die mittlere Einzellage 7
von der oberen Einzellage 5 und der unteren Einzellage 6 benachbart ist. Die
Einzellagen 5, 6, 7 sind wellenförmig ausgebildet, wobei die wellenförmige
Grundform der Einzellagen 5, 6, 7 nicht durch Zusammenfügen einer Vielzahl
runder bzw. bogenförmiger Abschnitte ausgebildet wird, sondern sich durch
Zusammenfügen gerader Abschnitte ergibt. Die Grundform jedes Wellenberges
8 und jedes Wellentales 9 wird durch ein gleichschenkliges Dreieck
beschrieben, bei dem die Spitze weggenommen ist. Hierdurch sind die
Einzellagen 5, 6, 7 im Bereich ihrer Wellenberge 8 und Wellentäler 9 eben
ausgebildet. Der jeweilige Abstand s zwischen einem Wellenberg 8 und einem
Wellental 9 jeder einzelnen Einzellage 5, 6, 7 ist konstant und für jede einzelne
Einzellage 5, 6, 7 gleich groß. Im Ruhezustand schmiegen sich die einzelnen
Einzellagen 5, 6, 7 in der Art aneinander, daß sie großflächigen Kontakt mit den
benachbarten Einzellagen 5, 6, 7 aufweisen. In dieser Position liegen die
Wellenberge 8 der Einzellagen 5, 6, 7 und die Wellentäler 9 der Einzellagen
5, 6, 7 jeweils aufeinander und bilden eine kompakte Zwischenlage 4.
Ebenfalls ist in Fig. 1 die von einem hier nicht dargestellten und aktivierten
Aktor auf die mittlere Einzellage 7 einwirkende Zugkraft als Pfeil dargestellt.
Die Zugrichtung verläuft vorzugsweise in Richtung der Hauptachse 10 der
mittleren Einzellage 7. Durch Verschieben der mittleren Einzellage 7 mittels
eines Aktors erfährt das Verbundbauteil 1 eine Strukturänderung und geht von
der in Fig. 1 gezeigten Ruheposition in seine in Fig. 2 gezeigte
Arbeitsposition über.
Fig. 2 zeigt das Verbundbauteil 1 in seiner Arbeitsposition. Die mittlere
Einzellage 7 ist gegenüber den benachbarten Einzellagen 5, 6 um den Abstand s
verschoben. Die mittlere Einzellage 7 hat in dieser Position mit der
benachbarten oberen Einzellage 5 in der Art Kontakt, daß sich die Wellentäler
9 der oberen Einzellage 5 und die Wellenberge 8 der mittleren Einzellage 7
berühren. Infolge der ebenen Ausbildung der Wellenberge 8 und der
Wellentäler 9 ergibt sich auch in der Arbeitsposition eine genügend große
Kontaktfläche zwischen den Einzellagen 5, 6, 7, und damit eine ausreichende
Festigkeit des Verbundbauteiles 1 insgesamt. Darüber hinaus kann sich die
obere Begrenzungsschicht 2 in geringem Maße gegenüber der unteren
Begrenzungsschicht 3 in Richtung der Hauptachse 10 der mittleren Einzellage
7 bewegen, ohne daß dies zu einer unaktzeptablen Instabilität der
Gesamtstruktur führt. Auch bei einer geringen Verschiebung der
Begrenzungsschichten 2, 3 in Richtung der Hauptachse 10 verbleibt eine
genügend große Kontaktfläche zwischen den Wellenbergen 8 und den
Wellentälern 9. Die Vergrößerung des Bauvolumens beim Übergang von der
Ruheposition (Fig. 1) und der in Fig. 2 dargestellten Arbeitsposition ergibt
sich durch ein Auseinanderdrücken der unteren 3 und oberen
Begrenzungsschicht 2 infolge der um den Abstand s verschobenen mittleren
Einzellage 7.
1
Verbundbauteil
2
untere Begrenzungsschicht
3
obere Begrenzungsschicht
4
Zwischenlage
5
obere Einzellage
6
untere Einzellage
7
mittlere Einzellage
8
Wellenberg
9
Wellental
Claims (13)
1. Verbundbauteil (1) für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer das
Verbundbauteil (1) außen bedeckenden unteren (3) und oberen
Begrenzungsschicht (2) und einer zwischen der mindestens einen
unteren (3) und der mindestens einen oberen Begrenzungsschicht
(2) angeordneten Zwischenlage (4), dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenlage (4) mindestens drei wellenförmige, formsteife,
gegeneinander verschiebbare Einzellagen (5, 6, 7) umfaßt, bei
denen sowohl bei jeder einzelnen Einzellage (5, 6, 7) als auch bei
den Einzellagen (5, 6, 7) untereinander jeweils die Abstände s
zwischen einem Wellenberg (8) und einem Wellental (9) von
gleicher Größenordnung sind, und daß zumindest die obere
Einzellage (5) bewegbar ist und die mittlere Einzellage (7) so
verschiebbar ist, daß die Einzellagen (5, 6, 7) in einer
Ruheposition in der Art angeordnet sind, daß jeweils die
Wellenberge (8) und Wellentäler (9) der benachbarten
Einzellagen (5, 6, 7) aufeinander liegen, und in einer
Arbeitsposition in der Art angeordnet sind, daß die mittlere
Einzellage (7) gegenüber den benachbarten Einzellagen (5, 6) um
den Abstand s tangential zu den Wellenbergen (8) oder
Wellentälern (9) verschoben ist.
2. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die obere Einzellage (5) der Zwischenlage (4) mit der
oberen Begrenzungsschicht (2) verbunden ist.
3. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die obere Einzellage (5) der
Zwischenlage (4) mit der oberen Begrenzungsschicht (2) im
Bereich der Wellenberge (8) verbunden ist.
4. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die untere Einzellage (6) der
Zwischenlage (4) mit der unteren Begrenzungsschicht (3)
verbunden ist.
5. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die untere Einzellage (6) der
Zwischenlage (4) mit der unteren Begrenzungsschicht (3) im
Bereich der Wellentäler (9) verbunden ist.
6. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die untere Begrenzungsschicht (3)
mit der oberen Begrenzungsschicht (2) mittels mindestens eines
Verbindungsmittels beweglich verbunden ist.
7. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Verbindungsmittel außerhalb der
Zwischenlage (4) angeordnet ist.
8. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Verbindungsmittel
innerhalb der Zwischenlage (4) angeordnet ist, wobei mindestens
eine Öffnung in der Zwischenlage (4) vorgesehen ist, durch die
das mindestens eine Verbindungsmittel hindurchtritt.
9. Verbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Verbindungsmittel eine
Stange ist, die an der unteren Begrenzungsschicht (3) und an der
oberen Begrenzungsschicht (2) jeweils mit einem Ende gelenkig
gelagert ist.
10. Verbundbauteil (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das mindestens eine Verbindungsmittel ein
elastisches Band ist.
11. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenhalt des
Verbundbauteils in der Ruheposition unterstützt wird, indem der
zwischen der unteren Begrenzungsschicht (3) und an der oberen
Begrenzungsschicht befindliche Raum mit Unterdruck
beaufschlagt ist.
12. Verbundbauteil (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Aktor vorgesehen ist, der die
mittlere Einzellage (7) der Zwischenlage (4) bei Aktivierung um
einen vorgegebenen Abstand s verschiebt.
13. Verbundbauteil (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Aktor ein pneumatischer Aktor ist.
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