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Die
Erfindung betrifft ein Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden
Fläche,
die wenigstens einseitig eine Struktur aufweist.
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Bauelemente
mit lastabtragenden Flächen sind
im Stand der Technik bekannt, beispielsweise in einfacher Ausgestaltung
als Bleche, wobei eine Struktur jeglicher Art, z.B. durch Prägungen,
Ausnehmungen etc. wenigstens auf einer Seite der Fläche vorgesehen
sein kann.
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Unter
einem Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche wird
verstanden, dass ein Bauelement eine sehr große Oberfläche gegenüber dem eingesetzten Materialvolumen
aufweist. Solche Bauelemente können
eben sein, jedoch können die
Bauelemente auch beliebige anderen Formgestaltungen aufweisen.
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Die
Erfindung betrifft somit insbesondere auch Bauelemente, die aus
umgeformten Flächen gebildet
sind, wie z.B. zu Hohlformen mit beliebigen Querschnittsformen aufgewickelte
Flächen.
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Bekannt
sind im Stand der Technik Bestrebungen, die spezifische Tragfähigkeit
von Bauelementen zu vergrößern, d.h.
die Tragfähigkeit
pro Gewichtseinheit. Dies erfolgt im Wesentlichen mit dem Ziel Bauelemente
zu schaffen, die bei gleichbleibender und/oder verbesserter Tragfähigkeit
leichter sind als übliche
Bauelemente.
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Die
Entwicklung geht hierbei dahin, statt üblicher planer Bauelemente
bzw. unstrukturierte Bleche (ohne dies auf das Material des Metalls
durch die Wortwahl zu beschränken)
strukturierte flächige
Bauelemente einzusetzen, wobei bereits bekannt ist, dass ein strukturiertes
flächiges
Bauelement bei gleichem Gewicht gegenüber einem unstrukturierten Bauelement
(z.B. ebenes Blech) eine höhere
Tragfähigkeit
aufweist.
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Hierbei
zeigte sich, dass die Steifigkeit mit der dritten Potenz der Höhe/Dicke
einer Fläche
eines solchen flächigen
Bauelemetes skaliert. Somit können
lediglich durch Masseumverteilungen in Bauelementen in Bereiche
hoher und geringerer Dicke/Höhe
verbesserte Steifigkeiten und damit verbesserte Tragfähigkeiten
pro Gewichtseinheit erreicht werden.
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Derartige
flächige
Bauelemente können
z.B. einseitig oder auch zweiseitig der eingesetzten Flächen Strukturen,
z.B. Einprägungen,
Anformungen oder Ausnehmungen aufweisen. Z.B. können die Flächen solcher flächiger Bauelemente
als offene oder geschlossene Gitter ausgebildet sein, bei denen
sich die Masse im Wesentliche nur noch auf die gegenüber flachen
Blechen gleichen Gewichts höheren
Gitterstege verteilt.
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Bei
theoretischen Berechnungen von Bauelementen mit z.B. unstrukturierten
Flächen,
insbesondere in einer zu einem Hohlprofil gewickelten Form wurde
festgestellt, dass die theoretische Tragfähigkeitsgrenze bzw. Lastgrenze
von einem praktisch eingesetzten Bauelemente bei weitem nicht erreicht
wird.
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Der Übergang
von einem laststabilen Verhalten eines perfekten Bauelementes in
ein anderes Verhalten, insbesondere ein lastinstabiles Verhalten wird
als Bifurkation bezeichnet. Die theoretische Bifurkationsgrenze
von perfekten Bauelementen mit einer strukturierten Fläche konnte
durch die Strukturierung (z.B. als Gitter) gegenüber der
theoretischen Bifurkationsgrenze eines perfekten Bauelementes mit unstrukturierter
Fläche
deutlich angehoben werden, beispielsweise bis zu einem Faktor von
20, jedoch zeigt sich auch hier, dass die theoretischen Bifurkationsgrenze
in der Praxis nicht erreichbar ist.
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Diese
Unerreichbarkeit der theoretischen Bifurkationsgrenze ist erklärbar mit
einer Imperfektionsempfindlichkeit der Bauelemente, bzw. der Flächen. Imperfektionen,
die zu einer Absenkung der theoretischen Bifurkationsgrenze bis
auf eine praktische erreichbare Grenze führen, können sich durch Fehler im Materialgefüge, bei
der Formgestaltung der Flächen
bzw. der Bauelemente etc. ergeben.
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Weitere
Bemühungen
die Tragfähigkeit
zu einer gegebenen Bauelementeart zu erhöhen und damit die praktisch
erreichtbare Bifurkationsgrenze in die Richtung der theoretischen
Bifurkationsgrenze anzuheben sind bislang darauf beschränkt gewesen, die
Materialqualität
und die Herstellungsverfahren immer weiter zu verbessern.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einfache kostengünstige Bauelemente zur Verfügung zu
stellen, mit denen gegenüber
herkömmlichen
struktur-verstärkten
Bauelementen eine signifikante Steigerung der spezifischen Tragfähigkeit
erreichbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst,
dass wenigstens eine Fläche
zur Erhöhung
der spezifischen Tragfähigkeit
des Bauelementes wenigstens einseitig mit einem Material beschichtet
ist, dessen Dichte und/oder Elastiziätsmodul geringer ist, als bei
dem Material der Fläche.
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Es
erscheint widersinnig, die spezifische Tragfähigkeit eines Bauelementes,
welches für
sich genommen schon als tragfähig
zu bezeichnen ist mit einem Material vergrößern zu wollen, welches eine geringere
Dichte und/oder ein geringeres Elastizitätsmodul als das Material der
Fläche
aufweist und damit für sich
genommen eine geringere Tragfähigeit
aufweist, als die zu beschichtende Fläche.
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Es
zeigt sich jedoch, dass durch die Beschichtung eines „starken" Materials mit einem „schwachen" Material in weiten
Bereichen die gesamte spezifische Tragfähigkeit des so gebildeten Verbunds
signifikant gesteigert werden kann.
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Dies
resultiert zum einen aus einer Steigerung der theoretischen Bifurkationsgrenze
des als perfekt angenommenen erfinderischen Bauelementes mit wenigstens
einer zumindest einseitig beschichteten Fläche als auch insbesondere in
einer durch die Erfindung in der Praxis erreichte ganz wesentliche
Verringerung der Imperfektionsempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Bauelemente,
so dass in der Praxis die tatsächliche
Tragfähigkeitsgrenze, bzw.
Beulgrenze, weiter in die Richtung der theoretischen Bifurkationsgrenze
verschiebbar ist.
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Hierbei
wird in einer bevorzugten Ausführung
als Schichtmaterial ein Material gewählt, dessen Elastizitätsmodul
und/oder Dichte wesentlich geringer ist, als der Elastizitätsmodul/die
Dichte des Materials der zu beschichtenden Fläche. Schon Materialien mit
einem wesentlich geringeren E-Modul bzw. Dichte führen zu
einer signifikanten Erhöhung
der spezifischen Tragfähigkeit,
ohne dass diese Materialien nennenswert aufgrund ihrer geringen
Dichte zum Gewicht beitragen.
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Bevorzugt
werden hierzu Materialien gewählt,
deren Elastizitätsmodul
bzw. deren Dichte ein Fünftel
bis ein Tausendstel (oder sogar weniger) derselben Größen des
Materials der Fläche
beträgt.
Z.B. können
als Flächenmaterial
Metalle und als Schichtmaterial Kunststoffe verwendet werden.
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Mit
den Schichtmaterialien kann erreicht werden, dass durch die wenigstens
einseitige Beschichtung wenigstens einer Fläche eines Bauelementes die
Masse des erfindungsgemäßen Bauelementes
aufgrund der geringen Dichte des Schichtmaterials wesentlich weniger
stark zunimmt als gleichzeitig die Tragfähigkeit, so dass effektiv die spezifische
Tragfähigkeit
signifikant gesteigert werden kann. Dieses Verhalten gilt zumindest
bis zu bestimmten auch theoretisch berechenbaren Grenzschichtstärken oberhalb
derer sich das beschriebene Verhalten wieder umkehrt.
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Der
Verlauf der Imperfektionssensitivität für ein zylindrisches Profil
des Radius R und der Wandstärke
0,01R auf dessen Innenseite ein Schichtmaterial in einer Dicke von
0,1 R mit einem E-Modul, der 1 % des E-Moduls des zylindrischen
Profils beträgt, aufgebracht
ist, gegenüber
einem zylindrischen Profil ohne Schichtmaterial geringeren E-Moduls
zeigt überraschenderweise,
dass die Imperfektionssensitivität
des zylindrischen Profils mit dem „leichten" Schichtmaterial um den Faktor 2.5 substantiell
geringer ist als die Imperfektionssensitivität des gleichen Bauteils ohne
Schichtmaterial.
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Eine
mögliche
Materialkombination gemäß des oben
aufgeführten
Beispiels könnte
z.B. Stahl (ca. 200.000 MPa) als Werkstoff für das zylindrische Profil und
Polyurethan Integral-Hart-Schaum 85K (ca. 2.000 MPa) für das Schichtmaterial
sein. Eine weitere Ausführungsform
ist Aluminium 2024-T6(3.1355) (ca. 72.000 MPa) als Werkstoff für das zylindrische
Profil und hochmolekulares Polyethylen (PE-HMW) (ca. 750 MPa) für das Schichtmaterial.
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In
einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein,
eine Fläche
des Bauelementes nicht nur einseitig, sondern beidseitig mit demselben
oder auch einem anderen Material zu beschichten, welches aber in
jedem Fall ebenso eine geringere Dichte bzw. ein geringeres E-Modul
im Vergleich zum Material der zu beschichtenden Fläche aufweist.
Dementsprechend kann eine für
sich tragfähige
Materialfläche
in ein oder mehrere Materialien mit geringeren, bzw. wesentlich
geringeren Dichten/E-Modulen eingebettet sein. Es ergibt sich somit ein
Schichtaufbau mit zwei gleichen oder unterschiedlichen Schichtmaterialien,
wobei die zwei Schichten durch das eingebettete Flächenmaterial zumindest
teilweise getrennt sind. Teilweise insofern, dass die Fläche Perforierungen aufweisen
kann, über
die die Schichten des Material mit geringerem E-Modul/Dichte miteinander direkt verbunden
sein können.
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Sowohl
bei ein, als auch bei zweiseitiger Beschichtung kann es vorgesehen
sein, dass das jeweilige Schichtmaterial die Strukturen der zu beschichtenden
Fläche
vollständig
umgibt bzw. ausfüllt,
also vollständig
mit der ein- oder beidseitigen Oberfläche in Kontakt steht, oder
aber nur bereichsweise, z.B. über
sich erhebende Stege, Ausprägungen
etc. Schon letztgenannte Ausführung
führt zu
einer Erhöhung
der spezifischen Tragfähigkeit.
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Sofern
die Strukturen der Fläche
ein- bzw. beidseitig auch Ausnehmungen aufweisen, können diese
Ausnehmungen dementsprechend durch die Schichtmaterialien gefüllt sein.
Im Grenzfall können die
Ausnehmungen Perforationen des Flächenmaterials bilden, so dass
das oder die Schichtmaterialen die Perforationen durchsetzen können.
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Bei
besonders großen
Perforationen bildet die Fläche
ein offenes bzw. offenzelliges Gitter, welches einseitig beschichtet
sein kann oder auch in zwei Schichten desselben oder unterschiedlicher Materialien
eingebettet sein kann.
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Jegliche
Strukturen mit denen eine erfindungsgemäß zu beschichtende Fläche eines
Bauelementes versehen ist, sind im Rahmen der Erfindung geeignet.
Wesentlich ist ledigliech, dass eine solche Struktur schon gegenüber einer
unstrukturierten Fläche
eine Erhöhung
der spezifischen Tragfähigkeit
ergibt, so dass sich erfindungggemäß eine Kumulation beider verstärkenden
Effekt, d.h. durch Strukturierung und Beschichtung ergeben kann.
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Besonders
bevorzugt sind Strukturen die ein- oder zweidimensional in die zu
beschichtende Fläche
eingebracht bzw. aufgebracht sind. Eindimensional bedeutet hierbei,
dass eine Strktur nur in einer Richtung, insbesondere periodisch
ausgebildet ist, wobei zweidimensional eine in zwei Richtungen insbesondere
periodische ausgebildete Struktur bedeutet. Bei letzerer Ausbildung
müssen
die beiden Richtungen nicht notwendig senkrecht zueinander sein, dies
wird jedoch bevorzugt der Fall sein.
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Eine
Struktur kann in besonders bevorzugter Weise durch Prägungen der
Materialfläche
erzeugt werden, wobei die Prägungen
in Richtung einer oder beider Seiten der zu beschichtenden Fläche gerichtet sein
können.
Die Querschnitte der Prägungen
(senkrecht und/oder parallel zur Fläche) können beliebig, z.B. eckig oder
rund sein. Besonders bevorzugt sind sogenannte Waffelprägungen.
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Ebenso
kann es zur Strukturiereung vorgesehen sein, dass auf eine oberflächenglatte
Fläche sogenannte
Steifen aufgebracht werden, z.B. durch jedwede Art der Befestigung,
wie Verkleben. Verschweißen
oder einstückige
Ausbildung. Derartige Steifen können
durch jegliche Profile mit beliebigen Querschnitten ausgebildet
werden.
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Ebenso
können
Ausnehmungen oder gar Ausschnitte und damit Perforierungen zu einer
insbesondere periodischen Strukturierung der zu beschichtenden Fläche genutzt
werden.
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Die
derart erfindungsgemäß gebildeten
Bauelemente können
ihrerseist eben oder beliebig gekrümmt ausgebildet sein, z.B.
eindimensional oder auch zweidimensional gekrümmt sein, so dass im letztgenannten
Fall eine einseitig offene Hohlform, z.B. eine Schalenform mit beliebigen
Querschnitt, also z.B. rund oder eckig, gebildet werden kann. Die Formgebeung
des erfindungsgemäßen Bauelementes
entspricht bevorzugt der Formgebung der eingesetzten Flächen, wenn
die aufgebrachte Materialschicht im wesentlichen gleichförmig, also
z.B. überall
mit gleicher Dicke aufgetragen ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Bauelement
kann ebenso zu einem geschlossenen Wickel geformt werden, z.B. wenn
die zu beschichtende Fläche
eine entsprechende Krümmmung
aufweist, so dass sich ein Hohlprofil mit beliebigem Querschnitt,
z.B. rund oder eckig ausbildet. Bei einem derartigen Hohlprofil wird dementsprechend
eine Innenseite und/oder eine Aussenseite erfindungsgemäß beschichtet
sein, ggfs mit unterschiedlichen Materialien.
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Bei
der Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauelementes als Hohlprofil
wird bevorzugt die Dicke der aufgebrachten Materialschicht optimiert,
so dass bei minimalem Massezuwachs eine maximale Erhöhung der
Tragfähigkeit
erreicht wird und so die spezifische Tragfähigkeit optimiert ist, oder
zumindest nahe am theoretischen Optimum liegt.
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Bevorzugt
wird hierzu eine Schicht derart ausgebildet, dass diese Schicht
auf der Innenseite und/oder der Aussenseite eine Dicke, bzw. Höhe über der
zu beschichtenden Materialfläche
hat, die 1 bis 40 Prozent, bevorzugt 5 bis 20% und besonders bevorzugt
8 bis 12 Prozent eines Querschnittsmaßes des Hohlprofils aufweist.
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Bezogen
auf einen runden Querschnitt des Hohlprofils weist somit die Schichtstärke 1 bis
40% oder bevorzugt 5 bis 20% oder besonders bevorzugt 8 bis 12 Prozent
des Profilradius auf. Das Hohlprofil weist somit mit der erfindungsgemäßen Beschichtung
auf der Innenseite weiterhin einen hohlen Kernbereich auf.
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Bezogen
auf andere Querschnittsformen gelten die genannten Ausdehnungen
mit Bezug auf die dann gegebenen Ausdehungen des Hohlprofils in einer
Querrichtung, insbesondere in bezug auf das maximale oder minimale
Maß in
einer Querrichtung, d.h. quer zur Längsrichtung des Hohlprofils.
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In
der besonders bevorzugte Weiterbildung eines als Hohlprofil ausgebildeten
erfindungsgemäßen Bauelementes,
aber auch in Bezug auf alle anderen im Rahmen der Erfindung genannten
Ausführungen
kann es vorgesehen sein, dass die zu beschichende Fläche und/oder
das Schichtmaterial eine auxetische Eigenschaft aufweist.
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Unter
einer auxetischen Eigenschaft wird verstanden, dass das betreffende
Material bzw. ein Bauelement unter einer Zugbeanspruchung sich in Zugrichtung streckt
und senkrecht dazu eine Verdickung erfährt. Bei einer Stauchung wird
eine Verkürzung
und senkrecht dazu eine Verjüngung
erreicht.
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Eine
zu beschichtende Materialfläche
kann z.B. dadurch als auxetisch wirkendes Element ausgebildet werden,
dass diese Fläche
als auxetisches Gitter ausgebildet wird. Eine Wand einer Gitterzelle eines
auxetischen Gitters kann z.B. wenigstens bereichsweise nach innen
in Richtung des Zelleninnueren gerichtet sein, also einen bezogen
auf das Zellenäußere konkaven
Verlauf haben. Auxetische Wirkungen und wie diese durch bestimmte
Zellenformen erreicht werden, sind dem Fachmann bekannt und werden
hier nicht weiter beschrieben.
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Das
Schichtmaterial kann z.B. als ein auxetisch wirkender Schaum und/oder
dreidimensionales Gitter ausgebildet sein. Die auxetischen Eigenschaften
erhöhen
in Verbindung mit den vorgenannten Ausführungen der Erfindung nochmals
die Tragfähigkeit.
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In
einer bevorzugten Ausführung
kann ein erfindungsgemäßes Bauelement
eine äußere Schicht aufweisen,
die im wesentlichen nicht zur Erhöhung der Tragfähigkeit
beiträgt.
Eine solche Schicht kann z.B. die aufgebrachte Schicht mit dem geringen E-Modul
nach außen
dichten oder eine bestimmte Oberflächenveredelung, z.B. eine gewünschte Struktur
oder auch ein Dekor verleihen. Z.B. kann eine solche Schicht aufgedampft
sein.
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In
einer Weiterbildung, insbesondere bezüglich jeder der zuvorgenannten
Ausführungen
kann ein erfindungsgemäßes Bauelement
mehrfach, wenigstens zweifach geschichtet sein zu einem Mehrschichtelement,
insbesondere wobei zwischen zwei Bauelementen eine Verbindungsschicht
angeordnet ist. Auch können
sich die auf die Flächen
benachbarter Bauelemente aufgebrachten Schichten direkt berühen, wobei
hier gleiche oder unterschiedliche Schichtmaterialien zum Einsatz
kommen können.
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Hierbei
kann jedes Bauelement des Schichtverbundes eben, gekrümmt oder
gewickelt ausgeführt
sein, wie zuvor beschrieben, bzw. jede andere erdenkliche Form aufweisen,
in der ein erfindungsgemäßes Bauteil
ausgeführt
sein kann. Die Verbindung kann zwischen jeder Schicht auf jedwede
Art und Weise erfolgen, insbesondere durch eine Verbindungsschicht,
die beliebig ausgebildet sein kann, z.B. geschäumt oder durch verbindende
Stege.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1a-1c:
eine zu beschichtende Fläche
mit nicht dargestellter Struktur;
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2a, 2b:
verschiedene Strukturierungen als Prägung;
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3:
eine Strukturierung durch Steifen;
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4:
eine Strukturierung als Waffelprägung;
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5:
eine Strukturierung durch beidseitige, zueinander versetzte Prägungen;
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6:
ein Bauelement mit oberer und unterer Schicht eines Materials mit
geringeren E-Modul/Dichte und jeweiliger Aussenschicht.
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7:
eine zweischichtige Ausführung;
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8:
eine dreischichtige Ausführung;
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9:
ein Bauelement als Hohlprofil mit innenliegender Schicht;
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10:
ein Bauelement als Hohlprofil mit aussenliegender Schicht;
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11:
ein Bauelement als Hohlprofil mit beidseitiger Schicht;
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12:
ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und innenliegender Schicht;
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13:
ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und aussenliegender Schicht;
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14:
ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und beidseitiger Schicht;
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Die 1a-1c zeigen
je eine ebene, einfach gekrümmte
und zweichfach gekrümmte lastabtragende
Fläche 1,
z.B. aus einem Metall. Nicht dargestellt ist eine vorhandene Strukturierung
der Fläche 1.
Gemäß der Erfindung
ist es vorgesehen die Fläche 1 einseitig
oder zweiseitig mit einem Material zu beschichten, welches ein geringeres
E-Modul bzw. Dichte aufweist als das Material der Fläche 1. Das
so gebildete Bauelement hat bei einer gleichmnäßigen Beschichtung im wesentlichen
die dargestellte Form.
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Die
Flächen 1 weisen
je eine Länge
L und Breite B auf wobei bei einer Krümmung entsprechende Krümmungsradien
gegeben sein können.
Ein Krümmungsradius
R ist in der 1b dargestellt. In der 1c sind
zwei Krümmungsradien
gegeben, aber nicht dargestellt.
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Die 2a und 2b zeigen
verschiedenen Ausführungen
einer Strukturierung der Fläche 1, z.B.
als Sicken mit verschiedenen Querschnitten, wie eckig oder rund.
Hier sind grundsätzlich
beliebige Formgestaltungen möglich.
Ebenfalls nicht dargestellt ist die jeweilige Beschichtung, die
derart ausgeführt
sein kann, dass mit einer dünnen
Schicht die Form der Fläche 1 nachgebildet
wird oder aber dass mit einer dicken Schicht sich eine ebene Oberfläche ergibt,
da das Material die Zwischenräume
in dern jeweiligen Strukturen ausfüllt.
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Gemäß der 3 kann
es vorgesehen sein, auf einer ebenen Fläche 1 sogenannte Steifen 2 aufzubringen
bzw. zu befestigen. Diese Steifen 2 können beliebige Querschnitte
aufweisen und z.B. als jeweiliges Profil ausgebildet sein, welches
an ein oder beiden Oberflächen
der Fläche 1 befestigt
wird, z.B. durch Schweißen,
Kleben etc. Die Steifen 2 können von Schichtmaterial umgeben
sein, so dass sich eine geschlossene ebene Oberfläche der
Schicht ergibt. In der Figur sind auf derselben verschiedene Steifen 2 dargestellt. Üblicherweise
ist es vorgesehen auf einer Fläche 1 nur
eine Art von Steifen 2 einzusetzen.
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Die 4 zeigt
eine zweidimensinale Waffelprägung,
wobei diese Prägung
in zwei Dimensionen, d.h. hier zwei zueinander senkrechten Richtungen (1)-(1)
bzw. (2)-(2) periodisch ist. Auch sind die jeweiligen Querschnitt
in diesen Richtungen dargestellt.
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Dir 5 zeigt
Ausprägungen 3 bzw.
Einprägungen 4 zu
beiden Seiten einer Fläche 1,
wobei die Prägungen
um eine halbe Periodizität
zueinander versetzt angeordnet sind, so dass in einer Richtung, z.B.
(1)-(1) auf eine Einprägung 3 eine
Ausprägung 4 folgt.
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Die 6 zeigt
ein erfindungsgemäßes Bauelement
BE umfassend eine mittlere lastabtragende ebene Fläche 5,
z.B. aus einem Metall, welche hier eine nicht dargestellte Strukturierung
aufweist, wie z.B. in einer der vorherigen Figuren dargestellt,
um die lastabtragenden Eigenschaften der Fläche 5 in bekannter
Weise zu erhöhen.
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In
der gezeigten Ausführung
ist diese Fläche 5 eingebettet
zwischen zwei Materialschaichten 6a und 6b die
aus demselben Material bestehen können. Die Schichtmaterialien 6a und 6b haben
wesentlich geringere E-Modulen und damit Dichten im Vergleich zum
Material der Fläche 5.
Z.B. kann als Schichtmaterial ein Kunststoff gewählt sein. Erkennbar ist in
der 6, dass über
der oberen Schicht 6b und der unteren Schicht 6a noch
eine Aussenschicht 7 angeordnet ist, die jedoch nicht weiter
zur Lastabtragung beiträgt,
z.B. nur eine Dekorschicht darstellt aus aufgedampften Metall.
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Die 7 zeigt
ein erfindungsgemäßes zweischichtiges
Bauelement, bei dem ein Bauelement BE nach 6 (hier
jedoch ggfs. ohne Aussenschicht 7) zweifach übereinander
angeordnet sein kann. Erkennbar sind zwei lastabtragende z.B. metallische
strukturierte Schichten 5 die jeweils in zwei Materialschichten 6a und 6b eingebettet
sind. Diese beiden Bauelemente sind untereinander durch eine Verbindungschicht 8 beliebiger
Art verbunden.
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Die 8 zeigt
eine 3-schichtige Anordnung im Vergleich zur 2-schichtigen Anordnung
der 7.
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Die 9 zeigt
als bevorzugte Ausführung eine
Fläche 5,
die zu einem Hohlprofil 5 mit rundem Querschnitt geformt
ist, wobei die Fläche 5 des
Hohlprofiles eine Strukturierung mit oder ohne auxetische Wirkung
aufweist. Es kann sich z.B. um einen klassischen strukturierten
Zylinder oder ein strukturiertes Rohr handeln. Die Dicke des Hohlprofil-Materials 5 ist hier
im Vergleich zum Querschnitt sehr gering und beispielsweise 10 bis
3000-fach, bevorzugt 10 bis 100-fach geringer als der Radius R1.
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Der
runde Querschnitt in dieser und der folgenden Figuren ist repräsentativ
zu verstehen, hier sind grundsätzlich
alle Querschnitte möglich.
Ebenso ist es möglich
derartige Hohlprofile zu Bündeln
zusammenzufassen.
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Das
Hohlprofil 5 selbst weist einen Radius R1 auf und umschließt einen
Hohlraum H, der sich längs
des Profils 5 um die Längsachse
A erstreckt.
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Im
inneren Bereich H des Hohlprofils 5 ist auf der inneren
Oberfläche
eine Schicht 6 angeordnet, die sich nach innen erstreckt,
aber den Hohlraum H bevorzugt nicht vollständig sondern nur bis zum Radius
R2 ausfüllt.
Diese Schicht kann z.B. auch durch einen Schaum gebildet sein, der
auxetische Zellen aufweist, wobei die Dichte des Materiales, aus
dem der Schaum besteht, geringer ist, als die des Profilmateriales.
Dies gilt ebenso für
die später
angegebenen Ausführungen.
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Besonders
gute Lastabtragungseigenschaften werden bezogen auf das Gewicht
der Konstruktion erzielt, wenn (R1-R2)/R1 <= 0,15 oder bevorzugt <= 0,1 ist.
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10 zeigt
vergleichbar mit 9 eine Schicht 6, die
auf der äußeren Oberfläche des
Hohlprofiles 5 angeordnet ist. Hier gilt bevorzugt (R2-R1)/R2 <= 0,15, besonders
bevorzugt <= 0,1.
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11 zeigt
Schichten 6, die jeweils auf der inneren und der äußeren Oberfläche des
Hohlprofiles 5 angeordnet sindt. Auch hier kann bevorzugt
die Dimensionierung so gewählt
sein, dass die Dicke der Schichten 6 kleiner ist als 5%
bis 15% des radialen Querschnittes des Hohlprofils 5, besonders
bevorzugt kleiner als 10%. Bei den Anordnungen, die an der inneren
und äußeren Oberfläche eines
Hohlprofils eine Schicht 6 aufweisen, können innen und außen gleiche
oder auch unterschiedliche Materialien gewählt werden. Diese Materilien
können
wie schon erwähnt
auch auxetische Wirkung haben.
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12 zeigt
eine Ausführung,
bei der die Oberfläche
des Hohlprofiles 5 selbst eine Perforierung aufweist, z.B.
als Gitter ausgebildet ist und in bevorzugter Ausführung auch
eine auxetische Wirkung zeigt, wobei auch hier wieder die Dicke
der Fläche
bzw. des Hohlprofils 5 sehr gering ist. Beispielsweise
kann die auxetische Wirkung durch Ausnehmungen hervorgerufen sein,
die in die Oberfläche des
Hohlprofils 5 eingebracht sind.
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Hier
wird schon eine Verbesserung der Lastabtragung erreichet, wenn die
Schicht 6 auf der Innenseite keine auxetische Wirkung zeigt.
Hier kann z.B. ein üblicher
Schaum verwendet werden. Besonders bevorzugt ist das Material 6 wie
in den vorgenannten Ausführungen
jedoch ebenso auxetisch und bevorzugt mit den genannten Dimensionen.
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13 zeigt
die äquivalente
Anordnung einer nicht-auxetischen oder auxetischen Struktur 6 (z.B.
eines Schaums) auf der äußeren bevorzugt
auxetischen Oberfläche
des Hohlprofils 5 gemäß 12 und 14 zeigt
die beidseitige Anordnung. Auch hier kann es bei beidseitiger Anordnung
vorgesehen sein, zu beiden Seiten gleiche oder unterschiedliche
Materialien zu verwenden.
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Sämtliche
Materialien sowohl der Flächen 5 als
auch der Schichten 6 können
auxetisch Materialien sein oder so geformt sein, dass sie eine auxetische
Wirkung aufweisen.