DE102009051492A1

DE102009051492A1 - Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, das eine stark dehnbare Crash-Schutzfaser aufweist

Info

Publication number: DE102009051492A1
Application number: DE200910051492
Authority: DE
Inventors: Erhard Wissler; Thomas Leschik
Original assignee: CARBOFIBRETEC GmbH
Current assignee: CARBOFIBRETEC GmbH
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-10-31
Also published as: DE102009051492B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff in einem Polymerharz eingebettete Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern bis zu deren Reißen um max. 5% dehnbar sind, wobei zumindest eine Crash-Schutzfaser in das Polymerharz eingebracht ist und bis zu dessen Reißen um minimal 20% dehnbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugbauteil aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff in einem Polymerharz eingebettete Verstärkungsfasern aufweist, wobei die Verstärkungsfasern bis zu deren Reißen um max. 5% dehnbar sind.
Unter einem Fahrzeugbauteil werden Bauteile für Fahrzeuge von Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen verstanden. Insbesondere, aber nicht abschließend, werden darunter landgebundene Kraftfahrzeuge, wie Pkws oder Lkws verstanden sowie Fahrräder, wie Mountainbikes, Rennräder oder Triathlonräder. Ein Fahrzeugbauteil ist daher ein Bauteil für diese Fahrzeuge.
Bisher stellt sich bei herkömmlichen Fahrzeugbauteilen aus Faserverbundwerkstoff das Problem, dass beim Einwirken eines Stoßes oder einer starken Belastung auf das entsprechende Fahrzeugbauteil eine Splitterwirkung erzeugt wird. Auch ist dann ein Totalversagen des Bauteils die Folge.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Restformsteifigkeit zu gewährleisten und durch Splitter hervorgerufene Unfallgefahren zu minimieren.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe liegt dann vor, wenn zumindest eine Crash-Schutzfaser in das Polymerharz eingebracht ist und bis zu dessen Reißen minimal 20% dehnbar ist.
Wird ein Fahrzeugbauteil in dieser Weise ausgelegt, so findet selbst nach einem Zerbrechen des Bauteils, aufgrund übermäßigen Krafteinflusses, wie etwa einem Stoß, ein Zusammenhalt der einzelnen Abschnitte des Bauteils statt. Solch feine Crash-Schutzfasern mit entsprechendem Dehnungs-/Bruchverhalten, sind besonders leicht und auch kostengünstig zu erhalten. Das Gesamtgewicht des Fahrzeugbauteils wird dadurch nur unwesentlich erhöht. Die zum Bewegen des Fahrzeugs benötigte Energie kann dann immer noch gering gehalten werden.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn mehrere Crash-Schutzfasern vorhanden sind, die bis zu 50% oder 100% dehnbar sind, bis sie reißen. Auf diese Weise können selbst extreme Krafteinflüsse und Stöße bzgl. ihrer Auswirkungen kompensiert werden.
Wenn die Crash-Schutzfaser eine wellige Form aufweist, so ist es möglich, dass sich erst die Faser als solche gerade zieht, bevor ein Dehnen im Material der Crash-Schutzfaser festzustellen ist. Die Sicherheit eines solchen Fahrzeugbauteils wird dadurch weiter erhöht.
Die Stabilität lässt sich noch weiter erhöhen, wenn mehrere Crash-Schutzfasern miteinander zu einem Sicherungsseil verflochten sind.
Als besonders kostengünstiges und geeignetes Material hat sich thermoplastisches Monofil-Material für die Crash-Schutzfaser herausgestellt.
Die Verwendung eines Crash-Schutzfasern aus thermoplastischem Material aufweisenden Sicherungsseils ist insbesondere in der Verwendung mit duroplastischem Polymerharz von Vorteil. Auf diese Weise kann der Vorteil der harten Ausgestaltung des duroplastischen Polymerharzes mit dem Vorteil der Dehnungsfähigkeit des thermoplastischen Monofil-Materials kombiniert werden. Auch verbindet sich das Sicherungsseil nur unvollständig mit dem duroplastischem Harz des Trägermaterials.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Crash-Schutzfaser zwischen zwei Lagen aus Verstärkungsfasern befindlich ist. Auf diese Weise wird ein kompaktes Gesamtgebilde schaffbar.
Wenn als Verstärkungsfasern Kohlefasern, Aramidfasern und/oder Glasfasern verwendet sind, vorzugsweise in einer Prepreg-Form, so lassen sich verlässliche Herstellverfahren zum Erreichen eines besonders steifen und leichten Fahrzeugbauteils nutzen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fahrzeugbauteil ein Bauteil eines Kraftfahrzeuges ist, wie ein Kotflügel, eine Motorhaube oder ein Stoßfänger, oder ein Bauteil eines Fahrrades, wie eine Felge, eine Speiche oder ein Fahrradrahmen.
Es ist ferner von Vorteil, wenn die Crash-Faser an seitlichen Flanken der Felge, vorzugsweise beabstandet von einem Bremsflankenbereich, angeordnet ist. Auf diese Weise findet keine übermäßige Wärmezufuhr in die Verstärkungsfasern statt, selbst wenn ein starkes Bremsen im Bremsflankenbereich auftritt. Die Haltbarkeit einer solchen Felge wird dadurch erheblich erhöht.
Die Balance und Stabilität einer Felge wird weiter verbessert, wenn je drei Sicherungsseile aus ca. 20 miteinander verflochtenen Crash-Fasern äquidistant zueinander auf zumindest den zwei seitlichen Flanken der Felge angebracht sind.
Die Stabilität lässt sich weiter erhöhen, wenn die Verstärkungsfasern einen Schaumstoffkern umgeben.
Wenn der Schaumstoffkern aus Polymethacrylmethylimid aufgebaut ist, so stellt sich ein besonders gutes Preis-Leistungsverhältnis bei der Herstellung solcher Felgen ein.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Fahrzeugbauteils, nämlich eine symmetrsiche Rennradfelge,
2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine asymmetrische Rennradfelge,
3 eine schematische Seitendarstellung einer Speiche eines Fahrradlaufrades,
4 einen Querschnitt durch die Speiche aus 3.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.
Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Fahrzeugbauteils 1 im Querschnitt. Das Fahrzeugbauteil 1 ist in diesem Fall eine Felge für ein Fahrrad, wie ein Rennrad oder ein Triathlonrad. Die an der Felge ansetzenden Speichen oder Scheibenabschnitte, sind nicht dargestellt. Die Felge ist somit verwendbar in einem mit Speichen versehenen Vorder- oder Hinterrad oder einem Scheibenrad.
Die Felge weist mehrere Lagen 2 aus Verstärkungsfasern 3 auf. Zwischen zwei Lagen 2 aus Verstärkungsfasern 3 sind mehrere Crash-Schutzfasern 4 vorhanden.
Die Crash-Schutzfasern 4 sind beidseitig der Felge im Bereich seitlicher Flanken 5 angeordnet. Die seitlichen Flanken 5 schließen sich an einen Bremsflankenbereich 6 an, der an ein Felgenbett 7 angrenzt.
Der Bremsflankenbereich 6 ist der Bereich, an dem Bremsschuhe einer Felgenbremse angreifen.
Das Felgenbett 7 ist der Bereich, in dem ein Schlauchreifen angeklebt wird oder an dem der Schlauch einer Schlauch-Mantel-Kombination anliegt.
Das innerste Element der Felge ist ein Schaumstoffkern 8 aus Polymethacrylmethylimid, welches unter dem Markennamen Rohacell angeboten wird.
Ein Polymerharz 9 bedeckt den Schaumstoffkern 8 und umgibt alle Lagen 2 der Verstärkungsfasern 3 und die zwischen zumindest zwei Lagen 2 an Verstärkungsfasern 3 positionierten Crash-Schutzfasern 4.
Die Crash-Schutzfasern 4 sind aus thermoplastischem Monofil-Material aufgebaut. Es sind jeweils zwanzig einzelne Crash-Schutzfasern, die zwischen 50–100% dehnbar sind, bevor sie reißen, zu einem Sicherungsseil zusammengeflochten.
Während das Polymerharz 9 nur eine vergleichbare Dehnung von 3% zulässt, lassen die Verstärkungsfasern nur eine Dehnung von ca. 1% zu, bevor sie brechen.
Als Verstärkungsfasern 3 haben sich Kohlefasern, Aramidfasern oder Glasfasern, sowie Kombinate dieser Bau-/Werkstoffe bewährt.
Auf den beiden seitlichen Flanken 5 sind je drei Verstärkungsseile aus Crash-Schutzfasern 4 äquidistant zueinander angeordnet.
Der Aufbau der Felge ist zu einer senkrecht zur Bildebene stehenden Ebene, welche die mit dem Bezugszeichen 10 versehene Symmetrieachse in der Felge aufnimmt, spiegelsymmetrisch aufgebaut.
In 2 ist eine zu einer Symmetrieachse 10 im gesamten unsymmetrische Felge dargestellt. Solche Felgen sind insbesondere für Hinterradfelgen von Fahrrädern mit Vorteilen versehen, da die am Hinterrad auftretenden Kräfte besser kompensiert werden können und besser geleitet werden können.
In 1 ist eine Speiche 11 dargestellt.
Ein Querschnitt durch die Speiche 11 entlang der Linie IV ist in der nachfolgenden Abbildung, nämlich der 4, visualisiert. Auch dort sind Crash-Schutzfasern 4 in das Fahrzeugbauteil, nämlich das Polymerharz 9 eingebracht. Das Polymerharz 9 umgibt dabei eine Lage 2 aus Verstärkungsfasern, die in dieser Darstellung angedeutet sind und mit dem Bezugszeichen 4 versehen sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Kraftfahrzeugbauteile, insbesondere Kotflügel, Stoßfänger und Motorhauben, die jedoch nicht dargestellt sind. Das Anbringen der Crash-Fasern auf der dem Fahrzeuginneren zugewandten Seite, bietet sich dabei an.

Claims

Fahrzeugbauteil (1) aus einem Faserverbundwerkstoff, wobei der Faserverbundwerkstoff in einem Polymerharz (9) eingebettete Verstärkungsfasern (3) aufweist, wobei die Verstärkungsfasern (3) bis zu deren Reißen um max. 5% dehnbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Crash-Schutzfaser (4) in das Polymerharz (9) eingebracht ist und bis zu dessen Reißen um minimal 20% dehnbar ist.
Fahrzeugbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Crash-Schutzfasern (4) vorhanden sind, die bis zu 50% oder 100% dehnbar sind, bis sie reißen.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Crash-Schutzfaser (4) eine wellige Form aufweist.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Crash-Schutzfaser (4) aus thermoplastischem Monofil-Material aufgebaut ist.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Crash-Schutzfaser (4) zwischen zwei Lagen (2) aus Verstärkungsfasern (3) befindlich ist.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Verstärkungsfasern (3) Kohlefasern, Aramidfasern und/oder Glasfasern verwendet sind, vorzugsweise in einer Prepreg-Form.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbauteil (1) ein Bauteil eines Kraftfahrzeuges ist, wie ein Kotflügel, eine Motorhaube oder ein Stoßfänger, oder ein Bauteil eines Fahrrades, wie eine Felge, eine Speiche oder ein Fahrradrahmen ist.
Fahrzeugbauteil (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crash-Faser (4) an seitlichen Flanken (5) der Felge, vorzugsweise beabstandet von einem Bremsflankenbereich (6), angeordnet ist.
Fahrzeugbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Crash-Schutzfasern (4) miteinander zu einem Sicherungsseil verflochten sind.
Fahrzeugbauteil (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass je drei Sicherungsseile aus zwanzig miteinander verflochtenen Crash-Fasern (4) äquidistant zueinander auf zumindest den zwei seitlichen Flanken (5) der Felge angebracht sind.