DE102009054458A1

DE102009054458A1 - Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise und deren Anwendung

Info

Publication number: DE102009054458A1
Application number: DE102009054458A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eiffländer; Daniel Wolf
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-16

Abstract

Es wird eine Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise und deren Anwendung mit zumindest zwei Deckschichten (1, 2) vorgeschlagen, zwischen zumindest eine Füllung (3) vorgesehen ist, wobei zumindest teilweise als Füllung (3) wenigstens ein Funktionswerkstoff vorgesehen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise und deren Anwendung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. näher definierten Art.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 40 33 089 C1 ist ein Torsionselement aus einem Faserverbund mit elektrostriktiven Fasern bekannt. Der Faserverbund besteht aus elektrisch leitenden Fasern, die eine piezoelektrische Beschichtung aufweisen. Durch das Anlegen einer Steuerspannung wird das Dämpfungsverhalten des Torsionsstabes verändert. Auch aus der Druckschrift DE 40 33 091 C1 ist eine elektrostriktive Faserverbundstruktur mit elektrisch gesteuerten elastischen Eigenschaften und elastisch gesteuerter Verformung bekannt.
Ferner ist aus der Druckschrift DE 196 31 026 A1 eine Vorrichtung zur Verformung einer Trägerstruktur mittels elektrischer oder magnetischer Effekte bekannt. Die Trägerstruktur besteht aus einem Faserverbund, der auf zwei gegenüberliegenden Seiten hierzu Keramiken aufweist. Durch elektrische Ansteuerung der elektrostriktiven Keramiken wird eine aktive Verformung der Trägerstruktur ermöglicht.
Schließlich ist aus der Druckschrift DE 600 26 896 T2 ein Strukturbauteil aus einem Verbundwerkstoff mit integrierter Dämpfung für eine Trägerrakete bekannt. Das Strukturbauteil umfasst eine nicht metallische Matrix mit einer Mehrzahl von Filamenten, die die Matrix verstärken und ein Leichtmetall mit einer spezifischen Dämpfungsfähigkeit, mit dem die Filamente beschichtet sind, um die Schwingungen des Bauteils zu dämpfen.
Demzufolge handelt es sich bei den bekannten Strukturen ausschließlich um Faserverbundwerkstoffe, bei denen aufgrund der eingesetzten Materialien für die Fasern ein versteifender oder leichtbauender Faserverbund generiert wird.
Des Weiteren ist auch eine so genannte Sandwichbauweise bekannt, bei der zwei parallele Deckschichten und eine Füllung vorgesehen sind. Das Füllmaterial hat üblicherweise eine deutlich kleinere Dichte als das Material der Deckschichten, um eine bestimmte, nicht veränderbare Steifigkeit bei geringem Eigengewicht zu realisieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei der eine Veränderung der Steifigkeit oder der Dämpfung der Struktur ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 18 gelöst, wobei sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und den Zeichnungen ergeben.
Somit wird eine Anordnungsstruktur bzw. eine Struktur in Sandwichbauweise mit zumindest einer Deckschicht und zumindest einer Füllung vorgeschlagen, wobei zumindest teilweise als Füllung wenigstens ein Funktionswerkstoff beziehungsweise ein aktiver Werkstoff oder dergleichen vorgesehen ist.
Auf diese Weise kann bei der erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur mit dem gewählten Materialeinsatz als Füllung der Elastizitätsmodul und damit die Steifigkeit und/oder die Dämpfung der Struktur nach Bedarf verändert werden, indem dem Funktionswerkstoff entsprechende Vorgaben oder Eingangsgrößen vorgegeben werden, um eine gewünschte Materialeigenschaft zu realisieren. Dabei ist es möglich, dass bei der erfindungsgemäßen Struktur der Funktionswerkstoff die komplette Füllung oder auch nur einen Teil der Füllung bildet, so dass dann zum Beispiel weitere Materialien oder auch weitere Funktionswerkstoffe neben dem Funktionswerkstoff als Füllung verwendet werden.
Es ist auch möglich, dass anhand von erfassten Vorgaben oder Eingangsgrößen auf eine Verformung oder Veränderung des Funktionswerkstoffes und damit auch auf eine Veränderung oder Verformung der Füllung beziehungsweise der gesamten Struktur zurück geschlossen werden kann.
Im Rahmen einer möglichen Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Elastizitätsmodul der Struktur zum Beispiel durch eine aktive Vorgabe beziehungsweise durch eine aktiv vorgegebene Eingangsgröße veränderbar ist. Durch die Veränderung der Vorgaben beziehungsweise der Eingangsgrößen bei dem Funktionswerkstoff werden quasi die Materialeigenschaften der gesamten Struktur aktiv beeinflusst. Somit ist in vorteilhafter Weise eine Regelung oder Steuerung des zum Beispiel mechanischen Verhaltens der Struktur möglich.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann beispielsweise vorsehen, dass die Eingangsgröße des Funktionswerkstoffes z. B. passiv durch wechselnde Betriebszustände veränderbar sind, um dadurch die Eigenschaften beziehungsweise das mechanische Verhalten der Struktur beziehungsweise der Füllung mithilfe des Funktionswerkstoffes zu verändern.
Durch das Vorsehen des funktionalen Werkstoffes in der Struktur und durch das Vorhandensein unterschiedlicher Betriebszustände in der Anordnungsstruktur wird die Struktur beispielsweise bei einem Wechsel des Betriebszustandes gezielt äußeren Einflüssen ausgesetzt, wodurch sich die Materialeigenschaften verändern. Wenn zum Beispiel ein Federlenker in einem Fahrwerk eines Fahrzeuges durch die erfindungsgemäße Struktur gebildet wird und beispielsweise mit einem magnetorheologischen Fluid (MRF) als Funktionswerkstoff gefüllt ist und sich die Struktur beim Einfedern einem Magneten nähert, so kann die Eingangsgröße bei dem magnetorheologischen Fluid verändert werden, um eine Eigenschaftsänderung zu bewirken. Es sind auch andere analoge Anwendungen mit entsprechend geeigneten Materialpaarungen und Umgebungsbedingungen möglich.
Die vorliegende Erfindung kann im Rahmen einer nächsten Ausgestaltung auch vorsehen, dass beispielsweise als Füllung der Struktur ein piezoelektrischer Funktionswerkstoff, ein magnetorheologischer Funktionswerkstoff bzw. ein magnetorheologischer Elastomer (MRE), ein elektrorheologischer Funktionswerkstoff und/oder ein dielektrischer Elastomer-Funktionswerkstoff bzw. Aktor (DEA) oder dergleichen vorgesehen sind. Je nach Ausprägung der Struktur sind als Füllung flüssige, gasförmige oder auch feste Medien einsetzbar, deren Druck, Viskosität, Dichte oder dergleichen physikalischen Eigenschaften in Abhängigkeit der äußeren Vorgaben oder Eingangsgrößen verändert werden können. Beispielsweise können Viskositätsänderungen bei magnetorheologischen oder elektrorheologischen Fluiden (MRF, ERF) durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes realisiert werden.
Im Rahmen einer nächsten Ausführungsvariante der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die Füllung der Struktur mit einem kompressiblen Medium als Funktionswerkstoff füllbar ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Anordnungsstruktur einmalig im Sinne einer Voreinstellung passiv initialisiert werden.
Eine weitere mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass die Struktur mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Veränderungen des Funktionswerkstoffes gekoppelt ist. Somit können eventuelle Veränderungen anhand sich verändernder äußerer Vorgaben oder Eingangsgrößen auf einfachste Weise erfasst werden, um dadurch zum Beispiel eine Verformung der Struktur zu sensieren.
Beispielsweise können die erfassten Vorgaben oder Eingangsgrößen des Funktionswerkstoffes einem Regelsystem, z. B. eines Fahrzeuges, zugeführt werden, um dadurch beispielsweise eine Verbiegung eines Federlenkers über die sich verändernde elektrische Spannung eines piezoelektrischen Funktionswerkstoffes zu erfassen. Somit kann eine Aussage über den Zustand der Struktur oder der Oberfläche der Fahrstrecke erhalten werden. Mithilfe der erfassbaren Eingangsgrößen des Funktionswerkstoffes kann somit das jeweils aktuelle Systemverhalten der Umgebung der Struktur erfasst werden, indem z. B. eine inverse Wirkung des verwendeten aktiven Werkstoffes beziehungsweise Funktionswerkstoffes ausgenutzt wird. Es ist auch möglich, dass die Informationen über die erfassten Vorgaben des Funktionswerkstoffes in anderen Anwendungsbereichen ausgenutzt werden.
Die vorgeschlagene Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise kann vorzugsweise als Deckschicht einen metallischen oder einen keramischen Werkstoff aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Deckschichten aus einem Verbundwerkstoff gefertigt sind. Die geometrische Form der Struktur kann je nach Anwendungsgebiet z. B. eine quadratische oder rechteckförmige aber auch eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen. Bei einer kreisförmigen Querschnittsform ist die Füllung quasi von einer umlaufenden, äußeren Deckschicht umgeben. Es sind auch andere Querschnittsformen möglich, wenn es die entsprechende Anwendung erfordert.
Beispielsweise kann die Struktur als zumindest eine Querblattfeder, ein Federlenker oder dergleichen zur Niveauregulierung bei einem Fahrwerk eines Fahrzeuges ausgebildet sein.
Eine andere Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Struktur als Spiralfeder, Schraubenfeder oder dergleichen ausgebildet ist. Vorzugsweise kann die Struktur z. B. der Schraubenfeder eine etwa viereckige Querschnittsform aufweisen, wobei die Oberseite und Unterseite die Deckschichten bilden, zwischen denen die Füllung ist, sodass in Abhängigkeit der Anzahl der Windungen eine Parallelschaltung von mehreren Federkennlinien je nach Anzahl der Windungen vorgesehen ist. Es ist auch möglich, dass die Seiten der viereckigen bzw. rechteckigen Strukturform die Deckschichten bilden, zwischen denen die Füllung ist, sodass in Abhängigkeit der Anzahl der Windungen eine Reihenschaltung von mehreren Federkennlinien je nach Anzahl der Windungen vorgesehen ist.
Beispielsweise kann die vorgeschriebene Ausgestaltung der Schraubenfeder bei einer Bandbremse oder dergleichen eingesetzt werden. Dabei kann durch die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes bei der erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur eine Änderung des Innendurchmessers der Schraubenfeder erfolgen. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Struktur bei der Bandbremse kann eine zusätzliche Regelgröße zur Einstellung des Bremsmomentes bei der Bandbremse realisiert werden.
Im Rahmen einer möglichen Weiterbildung kann die Struktur als Bandfeder oder dergleichen ausgebildet sein, wobei die Oberseite und die Unterseite die Deckschichten bilden, zwischen denen die Füllung ist. Die vorgeschlagene Struktur kann auch bei anderen Federformen, wie z. B. Formfedern, Befestigungsclips, Federklammern oder dergleichen, eingesetzt werden.
Vorzugsweise kann die Struktur als zumindest ein Federlenker an einem Stabilisator als Stabilisatorschenkel eines Fahrzeuges ausgebildet sein. Wenn beispielsweise jeder Stabilisatorschenkel als Federlenker mit der erfindungsgemäßen Struktur ausgebildet ist, kann die Steifigkeit und damit die Wankrate bei dem Fahrwerk entsprechend angepasst werden, so dass dadurch ein aktiver Federlenker realisiert wird.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur kann dadurch realisiert werden, dass die Struktur als Torsionsstab mit einem Außenrohr als äußere Deckschicht und einer Innenstange als innere Deckschicht ausgebildet ist, zwischen denen zumindest teilweise der Funktionswerkstoff als Füllung vorgesehen ist. Es ist möglich, dass ein weiterer Funktionswerkstoff oder auch ein anderes Material als Füllung verwendet wird.
Beispielsweise kann ein derartig ausgebildeter Torsionsstab auch im Rahmen zum Beispiel einer Antriebswelle oder dergleichen Anwendung finden. Auf diese Weise kann die Torsionssteifigkeit der Antriebswelle durch die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes verändert werden.
Eine nächste Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass der vorgeschriebene Torsionsstab mit der erfindungsgemäßen Struktur in Form einer Schraubenfeder gewickelt ist. Dabei kann zum Beispiel das Außenrohr die letzte Wendung des einen Endes und die Innenstange die letzte Wendung des anderen Endes der Schraubenfeder bilden. Der Federdraht beziehungsweise die Struktur der Schraubenfeder ist hauptsächlich auf Torsion beansprucht, wobei das Torsionswiderstandsmoment mit dem aktiven Werkstoff, der sich zwischen dem Außenrohr und der Innenstange befindet und sich damit im Lastpfad der Feder befindet, beeinflusst werden kann.
Zusammenfassend wird nicht nur die Anordnungsstruktur sondern auch die beispielhaft erwähnten Anwendungen der Struktur z. B. bei einem Fahrzeug beansprucht. Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Anordnungsstruktur bei einem Fahrzeug zur Niveauregelung, als Federlenker, als Querblattfeder, als Torsionsstab, als Schraubenfeder oder bei einer Antriebswelle oder bei einer Bandbremse verwendet werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
1 eine geschnittene Ansicht einer ersten möglichen Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise;
2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Querblattfeder;
3 eine schematische teilgeschnittene Ansicht einer dritten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Schraubenfeder;
3A einen Querschnitt der Schraubenfeder gemäß 3;
3B eine dreidimensionale, schematische Ansicht der Schraubenfeder gemäß 3;
4 eine schematische teilgeschnittene Ansicht einer vierten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als weitere Schraubenfeder
4A einen Querschnitt der Schraubenfeder gemäß 4;
4B eine dreidimensionale, schematische Ansicht der Schraubenfeder gemäß 4;
5 eine dreidimensionale, schematische Ansicht einer fünften Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Bandfeder;
5A einen Querschnitt der Bandfeder gemäß 5;
6 eine schematische Ansicht einer sechsten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Federlenker an einem Stabilisator eines Fahrzeugfahrwerkes;
7 eine schematische, dreidimensionale Ansicht einer siebenten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Torsionsstab;
8 eine schematische, teilgeschnittene Ansicht einer achten Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur als Torsionsstab in Form einer Schraubenfeder.
In den Figuren sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise für verschiedene Anwendungen dargestellt.
Erfindungsgemäß kann die Struktur zumindest zwei Deckschichten 1, 2 aufweisen, zwischen denen zumindest teilweise als Füllung 3 der Struktur wenigstens ein Funktionswerkstoff beziehungsweise ein aktiver Werkstoff oder dergleichen vorgesehen ist. Als Funktionswerkstoff wird ein Werkstoff bezeichnet, der auf bestimmte Vorgaben beziehungsweise Eingangsgrößen seine Eigenschaften verändern kann oder der durch Veränderung der Eigenschaften eine Veränderung der Vorgaben beziehungsweise der Eingangsgrößen bewirkt. Beispielsweise kann dies ein piezoelektrischer Funktionswerkstoff, ein magnetorheologischer Funktionswerkstoff, ein elektrorheologischer Funktionswerkstoff oder auch ein dielektrischer Elastomer-Funktionswerkstoff sein. Es sind aber auch andere Werkstoffe mit den vorgenannten Eigenschaften einsetzbar.
Durch die Verwendung eines Funktionswerkstoffes als Füllung 3 der Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise besteht die Möglichkeit, dass das mechanische Verhalten der Struktur durch äußere Vorgaben, also durch die Vorgaben von Eingangsgrößen bei dem Funktionswerkstoff im Sinne einer Regelung oder Steuerung verändert werden können. Beispielsweise können diese Vorgaben auch durch wechselnde Betriebszustände realisiert werden. Es ist auch möglich eine einmalige Initialisierung durchzuführen, indem die Füllung 3 mit einem Druckmedium versehen wird, so dass bei bestimmten Eingangsgrößen die Eigenschaften der Struktur verändert werden.
Demgegenüber ist es aber auch möglich, dass durch den Einsatz eines Funktionswerkstoffes mit einer inversen Wirkung ein aktuelles Verhalten der Anordnungsstruktur zu erfassen.
In 1 ist eine erste Ausführungsvariante der Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise dargestellt, die zum Beispiel einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Die Struktur weist eine obere Deckschicht 1 und eine untere Deckschicht 2 auf, zwischen denen eine Füllung 3 vorgesehen ist. Als Füllung 3 kann ein Funktionswerkstoff (Definition s. o.), ein Schaum, ein Fluid, Druckluft, ein festes Medium oder dergleichen vorgesehen sein. Durch den verwendeten Funktionswerkstoff wird eine Änderung der Struktursteifigkeit und damit eine Regelung beziehungsweise Steuerung der Eigenschaften der Struktur ermöglicht. Wenn ein kompressibles Medium als Funktionswerkstoff verwendet wird, kann die Steifigkeit über den Druck beeinflusst werden. Bei der Verwendung aktiver Werkstoffe, z. B. MRE, ERF kann die Steifigkeit durch Aufbringen oder Verändern einer Spannung beziehungsweise eines Magnetfeldes beliebig angepasst werden. Durch ein Aufschäumen der Füllung kann über den Druck die Steifigkeit der Struktur eingestellt werden.
Gemäß 2 ist eine zweite Ausführungsvariante als mögliche Anwendung der Anordnungsstruktur in einem Fahrzeug dargestellt. Die Struktur ist als Querblattfeder 4 im Rahmen einer Niveauregelung bei einem Fahrzeug ausgebildet, deren Enden mit den Rädern 5 des Fahrzeuges gekoppelt sind, wobei die Querblattfeder 4 über Lagerpunkte 6 abgestützt ist. Hierbei wird die Funktion der Niveauregulierung durch die Änderung der Steifigkeit der Struktur als Querblattfeder 4 an dem beispielhaft angedeuteten Fahrwerk realisiert. Durch die entsprechende Ansteuerung des Funktionswerkstoffes als Füllung 3 der Struktur wird je nach Beladung beziehungsweise Fahrsituation die Steifigkeit der tragenden Komponenten angepasst und somit die Fahrzeughöhe eingestellt, welches durch die Pfeile in 2 angedeutet ist.
In den 3, 3A und 3B wird eine dritte und in den 4, 4A und 4B eine vierte mögliche Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnungsstruktur gezeigt, bei der die Struktur als Spiralfeder oder Schraubenfeder 7, 7A ausgebildet ist. Die Sandwichbauweise kann je nach Ausrichtung der Deckschichten 1, 2 und der Füllung 3 zur Hauptbeanspruchungsrichtung der Schraubenfeder 7, 7A vornehmlich auf Druck oder auf Schub belastet werden, welches durch die unterschiedliche Abstützung der Enden der Schraubendfedern 7 bzw. 7A in den 3 bzw. 4 angedeutet ist.
Bei der dritten Ausführungsvariante gemäß 3 weist die im Wesentlichen auf Druck belastete Schraubenfeder 7 eine etwa viereckige Querschnittsform auf, wobei die Oberseite und die Unterseite die Deckschichten 1, 2 bilden, zwischen denen die Füllung 3 vorgesehen ist, so dass entlang der Hauptbeanspruchungsrichtung beziehungsweise der Windungen eine Parallelschaltung der verschiedenen Federkennlinie erzeugt wird, da die Eigenschaft der Füllung durch die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes verändert werden kann.
Bei der vierten Ausführungsvariante gemäß 4 der im Wesentlichen auf Schub belasteten Schraubenfeder 7A werden die Deckschichten 1, 2 durch die Seiten des viereckigen Federdrahtes gebildet, zwischen denen die Füllung 3 vorgesehen ist, so dass entlang der Hauptbeanspruchungsrichtung beziehungsweise der Windungen eine Reihenschaltung der Federkennlinien erzeugt wird, da die Eigenschaften der Füllung durch die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes verändert werden können.
Durch die Verwendung des Funktionswerkstoffes als Füllmaterial kann unabhängig von den beiden jeweiligen Ausführungsvarianten zusätzlich die Gesamtsteifigkeit der Schraubenfeder 7 bzw. 7A entsprechend geändert werden.
Gemäß 5 und 5A ist eine fünfte Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der die Struktur in Form einer Bandfeder 8 ausgebildet ist. Die bandförmige Federstruktur mit dem Funktionswerkstoff im Kern als Füllung 3 ermöglicht auch bei der Bandfeder 8 eine entsprechende Veränderung ihrer Steifigkeit durch die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes.
In 6 ist eine sechste mögliche Ausführungsvariante gezeigt, bei der die erfindungsgemäße Sandwichstruktur als Federlenker 9 an einem Stabilisator 10 bei einem Fahrzeug dargestellt ist. Die Federlenker 9 mit den Deckschichten 1, 2 und der Füllung 3 der erfindungsgemäßen Sandwichstruktur bilden jeweils die Stabilisatorschenkel des Stabilisators 10. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Funktionswerkstoffes als Füllung 3 der Federlenker 9 kann die Steifigkeit des Stabilisators 10 und damit die Wankrate des Fahrzeuges entsprechend angepasst werden, so dass dadurch ein aktiver Federlenker 9 realisiert wird. Bei der hier dargestellten Ausführungsvariante weisen die Federlenker 9 eine etwa quadratische Querschnittsform auf, dessen Ober- und Unterseite durch die Deckschichten 1, 2 gebildet werden, zwischen denen die Füllung 3 angeordnet ist.
Eine siebente Ausführungsvariante zeigt die erfindungsgemäße Anordnungsstruktur als Anwendung bei einem Torsionsstab 11 mit einem z. B. kreisförmigen Querschnitt gemäß 7. Der Torsionsstab 11 umfasst einen Außenrohr 12 als äußere Deckschicht und eine Innenstange 13 als innere Deckschicht, zwischen denen zumindest teilweise der Funktionswerkstoff als Füllung 3 vorgesehen ist. Somit ist das Außenrohr 12 über den Funktionswerkstoff an der Innenstange 13 gekoppelt. Wenn der Torsionsstab 11 beispielsweise als Antriebswelle oder dergleichen eingesetzt wird, wird bei der Momentübertragung das Moment mittels Schub im aktiven Werkstoff vom Außenrohr 12 zur Innenstange 13 und umgekehrt übertragen, welches durch entsprechende Pfeile in 7 angedeutet ist. Durch eine Aktivierung des Funktionswerkstoffes wird die Torsionssteifigkeit der Antriebswelle beziehungsweise des Torsionsstabes 11 verändert.
Schließlich ist in 8 eine achte mögliche Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der die erfindungsgemäße Sandwichbauweise als Federdraht 14, z. B. einer Schraubenfeder 15 ausgebildet ist. Der Federdraht 14 weist einen etwa kreisförmigen Querschnitt quasi mit einem Außenrohr 12 und einer Innenstange 13 auf, die über einen Funktionswerkstoff als Füllung 3 miteinander verbunden sind, sodass der Federdraht 14 in Form einer Schraubenfeder 15 im übertragenen Sinne einen aufgewickelten Torsionsstab 11 darstellt. Dabei bildet das Außenrohr 12 die letzte Windung des einen Endes der Schraubenfeder 15 und die Innenstange 13 das andere Ende der Schraubenfeder 15, so dass an dem einen Ende die Kraft in das Außenrohr 12 und an dem anderen Ende die Kraft in die Innenstange 13 eingeleitet werden kann.
Der Federdraht 14 der Schraubenfeder 15 wird im Wesentlichen auf Torsion beansprucht, wobei das Torsionswiderstandsmoment über die Ansteuerung des Funktionswerkstoffes als Füllung des Federdrahtes 14 beeinflusst werden kann, da sich der Funktionswerkstoff im Lastpfad der Schraubenfeder 15 befindet.
Bezugszeichenliste

1: Deckschicht
2: Deckschicht
3: Füllung
4: Querblattfeder
5: Rad
6: Lagerpunkt
7: Schraubenfeder
7A: Schraubenfeder
8: Bandfeder
9: Federlenker
10: Stabilisator
11: Torsionsstab
12: Außenrohr
13: Innenstange
14: Federdraht
15: Schraubenfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4033089 C1 [0002]
DE 4033091 C1 [0002]
DE 19631026 A1 [0003]
DE 60026896 T2 [0004]

Claims

Anordnungsstruktur in Sandwichbauweise mit zumindest zwei Deckschichten (1, 2), zwischen denen zumindest eine Füllung (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise als Füllung (3) wenigstens ein Funktionswerkstoff vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul der Struktur aktiv durch eine Vorgabe und/oder durch eine gewählte Eingangsgröße bei dem Funktionswerkstoff veränderbar ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul der Struktur passiv durch wechselnde Betriebszustände veränderbar ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Füllung (3) der Struktur ein piezoelektrischer Funktionswerkstoff, ein magnetorheologischer Funktionswerkstoff, ein elektrorheologischer Funktionswerkstoff und/oder ein dielektrischer Elastomer-Funktionswerkstoff vorgesehen sind.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktionswerkstoff ein kompressibles Medium vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Veränderung bei dem Funktionswerkstoff gekoppelt ist.
Anordnungsstruktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Veränderungen des Funktionswerkstoffes als Regelgröße einem Regelsystem eines Fahrzeuges zuführbar sind.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckschicht (1, 2) ein metallischer Werkstoff, ein keramischer Werkstoff und/oder ein Verbundwerkstoff vorgesehen sind.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur eine rechteckförmige, viereckige, kreisförmige oder quadratische Querschnittsform aufweist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als zumindest eine Querblattfeder (4) zur Niveauregulierung bei einem Fahrwerk ausgebildet ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Spiralfeder oder Schraubenfeder (7, 7A) ausgebildet ist.
Anordnungsstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Schraubenfeder (7) eine etwa viereckige Querschnittsform aufweist, wobei die Oberseite und Unterseite die Deckschichten (1, 2) bilden, zwischen denen die Füllung (3) vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Schraubenfeder (7A) eine etwa viereckige Querschnittsform aufweist, wobei die Seiten die Deckschichten bilden, zwischen denen die Füllung (3) vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Bandfeder (8) ausgebildet ist, wobei die Oberseite und die Unterseite die Deckschichten (1, 2) bilden, zwischen denen die Füllung (3) vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als zumindest ein Federlenker (9) an einem Stabilisator (10) als Stabilisatorschenkel ausgebildet ist.
Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Torsionsstab (11) mit einem Außenrohr (12) als äußere Deckschicht und einer Innenstange (13) als innere Deckschicht ausgebildet ist, zwischen denen zumindest teilweise der Funktionswerkstoff als Füllung (3) vorgesehen ist.
Anordnungsstruktur nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur als Federdraht (14) in Form einer Schraubenfeder (15) mit etwa kreisförmigem Querschnitt und mit einem Außenrohr (12) als äußere Deckschicht und einer Innenstange (13) als innere Deckschicht ausgebildet ist, zwischen denen zumindest teilweise der Funktionswerkstoff als Füllung (3) vorgesehen ist.
Verwendung einer Anordnungsstruktur nach einem der vorangehenden Ansprüche bei einem Fahrzeug zur Niveauregelung, als Federlenker, als Querblattfeder, als Torsionsstab, als Schraubenfeder oder bei einer Antriebswelle oder bei einer Bandbremse.