DE102015220447A1

DE102015220447A1 - Strukturbauteil

Info

Publication number: DE102015220447A1
Application number: DE102015220447.2A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Hofer; Friedricke Rudolph
Original assignee: Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2015-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-04-20

Abstract

Ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug in Sandwichbauweise, umfassend zwei Deckschichten (1, 2) und eine zwischen den Deckschichten (1, 2) angeordnete Abstützung (3), wobei die Abstützung (3) zumindest bereichsweise gasdurchlässig ausgebildet ist und die Deckschichten (1, 2) gasundurchlässig sind, wobei das Strukturbauteil zumindest einen Anschluss (4) aufweist, der zum Einbringen von Druckluft zwischen die Deckschichten (1, 2) des Strukturbauteils ausgebildet ist, eine Vorrichtung umfassend ein solches Strukturbauteil und Verwendungen dafür.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug in Sandwichbauweise, eine Vorrichtung umfassend ein solches Strukturbauteil und Verwendungen des Strukturbauteils als Karosserieteil eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
Strukturbauteile für ein Fahrzeuge in Sandwichbauweise, umfassend zwei Deckschichten und eine zwischen den Deckschichten angeordnete Abstützung sind an sich bekannt. Als Abstützung der Deckschichten dient üblicherweise ein Kern, beispielsweise ein aus Stegen gebildeter Wabenkern oder ein Schaumkern. Die Deckschichten selbst können beispielsweise aus faserverstärktem Kunststoff bestehen. Wenn die Deckschichten mehrteilig ausgebildet sind, können sie beispielsweise durch eine Oberschale und eine Unterschale gebildet werden. Solche Strukturbauteile weisen hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht auf und werden daher beispielsweise als Karosserieteil von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, verwendet.
Aus der DE 10 2013 218 205 A1 ist ein Verfahren zum zusätzlichen Verstärken eines faserverstärkten Strukturbauteils bei dessen Herstellung bekannt, mit den Schritten: Bereitstellen eines mindestens einen Hohlraum definierenden, faserverstärkten Strukturbauteils, Einleiten eines Schaummaterials in den mindestens einen Hohlraum, Zumindest teilweises Ausfüllen des mindestens einen Hohlraums mit dem Schaummaterial, Aushärten des Schaummaterials.
Aus der WO 2009/124516 ist ein Wärmeisolationselement bekannt in Art einer Hohlkammerplatte, die wenigstens zwei Deckflächenelemente sowie eine die Deckenflächenelemente zueinander beabstandende Stützstruktur vorsieht, bei der die Stützstruktur mit beiden Deckflächenelementen stoff-, kraft- und/oder formschlüssig derart verbunden ist, dass die Stützstruktur mit den Deckflächenelementen Teilkammern umgeben, wobei die Hohlkammerplatte aus einem gasdurchlässigen Material besteht, ein aus gasdichtem Material bestehendes Hüllenelement vorgesehen ist, das zumindest die Hohlkammerplatte umgibt, das gasdichte Hüllenelement ein Volumen einschließt, in dem gegenüber einem außerhalb des gasdicht umschlossenen Volumens vorherrschenden Außendruck ein niedrigerer Innendruck vorherrscht und die Hohlkammerplatte zumindest durch den sich durch den unterschiedlichen Innen- und Außendruck ergebenden Druckunterschied formstabil belastbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Strukturbauteil für ein Fahrzeug anzugeben, wobei die Eigenschaften des fertigen Bauteils, also nach der Herstellung, veränderbar sind.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Strukturbauteil für ein Fahrzeug in Sandwichbauweise, umfassend zwei Deckschichten und eine zwischen den Deckschichten angeordnete Abstützung, wobei die Abstützung zumindest bereichsweise gasdurchlässig ausgebildet ist und die Deckschichten gasundurchlässig sind, wobei das Strukturbauteil zumindest einen Anschluss aufweist, der zum Einbringen von Druckluft zwischen die Deckschichten des Strukturbauteils ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß verfügt ein Strukturbauteil, der in einem Fahrzeug, insbesondere als Karosseriebauteil des Fahrzeugs verwendet werden kann, über einen teilweise hohlen Bereich zwischen zwei Deckschichten, der zumindest bereichsweise gasdurchlässig ausgebildet ist. Die Gasdurchlässigkeit erstreckt sich entlang zumindest einer Längsrichtung, bevorzugt flächig, zwischen den beiden Deckschichten, des Bauteils. Das Strukturbauteil verfügt über einen Anschluss für Druckluft, der dazu vorgesehen ist in das fertige Strukturbauteil, insbesondere während dessen Benutzung, Druckluft einbringen zu können. Durch das, beispielsweise impulsartige oder auch kontinuierliche Einbringen von Druckluft zwischen die Deckschichten des Strukturbauteils kann die Festigkeit des Strukturbauteils erhöht und vorzugsweise durch Ablassen der Druckluft, beispielsweise über den selben Anschluss, auch wieder verringert werden.
Der Anschluss kann durch Ausbildung eines Verbindungssteckers, insbesondere mit einem Gewinde, Bajonettverschluss oder sonstigem Verschluss und/oder mit einem Dichtelement zum Einbringen von Druckluft mittels einer anschließbaren Druckluftquelle vorbereitet sein. Der Anschluss kann auch über eine unlösbare Leitung mit der Druckluftquelle verbunden sein.
Die Abstützung des Strukturbauteils wird bevorzugt durch Stege, beispielsweise einen Wabenkern, oder durch einen Schaumkern oder durch Ausformungen an einer der beiden Deckschichten oder an beiden Deckschichten gebildet. Die Ausformungen an einer Deckschicht berühren dabei bevorzugt punktförmig, entlang von Kontaktlinien oder flächig die gegenüberliegende Deckschicht, beispielsweise deren Ausformungen, um eine Abstützung zwischen den Deckschichten zu bilden.
Bevorzugt weisen zumindest einige der Stege Öffnungen zum Durchtritt der Druckluft auf.
Durch die Stege oder Ausformungen können Abschnitte auf dem Strukturbauteil getrennt werden, die bei Anliegen von Druckluft am Anschluss unterschiedlich rasch und/oder in unterschiedlichem Maß mit Druckluft befüllt werden können. Abgetrennte Abschnitte des Strukturbauteils können so beispielsweise gar nicht mit Druckluft befüllt werden. Ein bestimmter Druckverlauf bei Versorgung des Strukturbauteils mit Druckluft kann so vorgegeben werden.
Vorzugsweise sind die Deckschichten an den Stirnseiten des Strukturbauteils gasdicht verbunden, insbesondere miteinander verklebt, verpresst und/oder verschweißt.
Die Deckschichten bestehend bevorzugt aus Metall, Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, oder Verbundmaterial.
Erfindungsgemäß kann eine Vorrichtung ein Strukturbauteil wie beschrieben und eine Druckluftquelle umfassen, insbesondere einen Gasgenerator. Die Druckluftquelle ist mit dem Anschluss des Strukturbauteils verbunden, so dass Druckluft in das Strukturbauteil eingebracht werden kann.
Ein solches Strukturbauteil und eine solche Vorrichtung, umfassend Strukturbauteil und Druckluftquelle, kann als Karosserieteil eines Fahrzeugs verwendet werden.
Insbesondere kann ein derartiges Karosserieteil eines Fahrzeugs zumindest während des Betriebs des Fahrzeuges dauerhaft fest ausgebildet sein, in dem am Anschluss des Strukturbauteils, während des gewöhnlichen Betriebes des Fahrzeugs, zur Erhöhung der Festigkeit, dauerhaft Druckluft angelegt wird.
Ein derartiges Karosserieteil kann auch als aktiv die Sicherheit erhöhendes Karosserieteil eines Fahrzeugs eingesetzt werden. Hierzu kann am Anschluss des Strukturbauteils, während des gewöhnlichen Betriebes des Fahrzeugs, zur Erhöhung der Festigkeit, temporär, insbesondere bei Erkennung einer Gefahrensituation, Druckluft eingebracht werden.
Ein derartiges Karosserieteil kann auch als reparaturvorbereitetes Karosserieteil eines Fahrzeugs eingesetzt werden, das von vornherein für eine Schadensreparatur vorbereitet ist. Am Anschluss des Strukturbauteils kann zur Reparatur des Strukturbauteils, insbesondere in einer Werkstätte, Druckluft eingebracht werden. Hierdurch können Deformationen, wie etwa Dellen durch Hagelschäden oder durch Fahrzeugunfall, auf einfache Weise verringert oder aus dem Strukturbauteil entfernt werden.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass zunächst ein Hohlkörper gebildet wird der im Wesentlichen aus den beiden Deckschichten und optional bereits dem Anschluss besteht und dieser Hohlkörper anschließend ausgeschäumt wird.
Ein weiteres Herstellungsverfahren besteht darin, dass ein thermoplastisches, plattenförmiges Halbzeug, zur Bildung der Deckschichten, um einen temperaturbeständigen, vorgeformten Kern, der als Abstützung dient, thermogeformt wird. Das erhitzte Halbzeug kann durch den luftdurchlässigen Kern mittels Unterdruck angesaugt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt schematische Schnittansichten von vier verschiedenen Varianten eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils mit verschiedenen Verbindungen an den Stirnseiten.
2 zeigt schematische Schnittansichten von drei verschiedenen Varianten eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils mit verschiedenen Abstützungen.
3 zeigt eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils während einer Reparatur in drei Verfahrensschritten.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 sind vier verschiedene Varianten eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils dargestellt, mit voneinander verschiedenen Verbindungen der jeweiligen Deckschichten 1 und 2 an den Stirnseiten 8 des jeweiligen Strukturbauteils. Das Strukturbauteil wird als Fahrzeugdach verwendet und ist im Bereich einer in Fahrzeugrichtung vorderen Stirnseite 8 mit einer Scheibe 9, insbesondere einer Windschutzscheibe, mittels Klebstoff 10 verklebt.
Das Strukturbauteil umfasst zwei gasundurchlässige Deckschichten 1 und 2, nämlich eine Oberschale und eine Unterschale, und eine zwischen den Deckschichten 1, 2 angeordnete Abstützung 3, die durch einen gasdurchlässigen Schaumkern, insbesondere einen elastischen Kunststoffschaum, gebildet ist. Das Strukturbauteil weist einen Anschluss 4 auf (nur in der oberen Abbildung der 1 schematisch dargestellt), der zum Einbringen von Druckluft zwischen die Deckschichten 1 und 2 des Strukturbauteils ausgebildet ist.
An der Stirnseite 8 sind die Deckschichten 1 und 2 auf verschiedene Weise gasdicht miteinander verbunden. In der Ausführung der obersten Abbildung sind die beiden Deckschichten so geformt, dass die Ränder der Deckschichten 1 und 2 eng benachbart parallel zueinander verlaufen und sind die Deckschichten 1, 2 in diesem Bereich lediglich mittels Klebstoff 11 miteinander verklebt. Gemäß der Ausführung in der zweiten Abbildung kann der Randbereich der Deckschichten 1, 2 auch eine Bördelung 12 beispielsweise des Randes der Oberschale um den Rand der Unterschale aufweisen und zusätzlich der gebördelte Bereich mittels Klebstoff 11 verklebt sein. Die Verbindung im Randbereich kann auch mittels einer Verpressung 13 hergestellt sein (dritte Abbildung von oben) oder mittels Verschweißung 14 (Abbildung unten).
2 zeigt drei Varianten eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils mit verschiedenen Abstützungen 3. In der Abbildung sind die Abstützungen 3 zwischen den Deckschichten 1 und 2 durch Stege 5 gebildet. Manche der Stege 5 weisen Öffnungen 7 zum Durchtritt der eingebrachten Druckluft auf. Die Stege 5 können insbesondere wabenförmig angeordnet sein und somit einen Wabenkern bilden.
In der mittleren und unteren Abbildung der 2 sind als Abstützung 3 jeweils Ausformungen 6 der Deckschichten 1 bzw. 2 selbst genutzt. In der Ausführung der mittleren Abbildung weist lediglich die Unterschale Ausformungen 6 auf, so dass die Unterschale an der Oberschale abgestützt ist, wodurch die sichtbare Oberseite der Oberschale keine Verformungen oder Welligkeiten aufweist. Alternativ weisen, wie in der Abbildung unten gezeigt, beide Deckschichten 1 und 2 Ausformungen 6 auf, die einander berühren.
3 zeigt, von oben nach unten, eine Verwendung eines erfindungsgemäßen Strukturbauteils während einer Reparatur in drei Verfahrensschritten. Zunächst weist das Strukturbauteil an dessen oberen Deckschicht 1 eine Deformation 15 auf, beispielsweise nach Hagelschlag. Zu Reparatur, nämlich zur Entfernung der Deformation 15, wird durch den (hier nicht dargestellten) Anschluss 4 des Strukturbauteils Druckluft eingeblasen – angedeutet durch den dicken Pfeil rechts in der mittleren Abbildung. Durch die Druckbeaufschlagung von Innen wird die obere Deckschicht 1 in Richtung der kleinen Pfeile im Bereich der Deformation 15 nach außen gedrückt und somit die Deckschicht 1 wieder geebnet.
Auf ähnliche Weise kann die Druckbeaufschlagung aus dem Inneren des Strukturbauteils während des Betriebs eines mit einem solchen Strukturbauteil ausgestatteten Fahrzeuges dazu genutzt werden die Festigkeit des Strukturbauteils längerfristig, insbesondere während des Betriebs des Fahrzeugs, oder auch kurzfristig, insbesondere bei Unfallgefahr, zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1: Deckschicht
2: Deckschicht
3: Abstützung
4: Anschluss
5: Steg
6: Ausformung
7: Öffnung
8: Stirnseite
9: Scheibe
10: Klebstoff
11: Klebstoff
12: Bördelung
13: Verpressung
14: Verschweißung
15: Deformation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013218205 A1 [0003]
WO 2009/124516 [0004]

Claims

Strukturbauteil für ein Fahrzeug in Sandwichbauweise, umfassend zwei Deckschichten (1, 2) und eine zwischen den Deckschichten (1, 2) angeordnete Abstützung (3), wobei die Abstützung (3) zumindest bereichsweise gasdurchlässig ausgebildet ist und die Deckschichten (1, 2) gasundurchlässig sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Strukturbauteil zumindest einen Anschluss (4) aufweist, der zum Einbringen von Druckluft zwischen die Deckschichten (1, 2) des Strukturbauteils ausgebildet ist.
Strukturbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (3) durch Stege (5) oder durch einen Schaumkern oder durch Ausformungen (6) an einer der beiden Deckschichten (1, 2) oder an beiden Deckschichten (1, 2) gebildet wird.
Strukturbauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Stege (5) Öffnungen (7) zum Durchtritt der Druckluft aufweisen.
Strukturbauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Stege (5) oder Ausformungen (6) Abschnitte auf dem Strukturbauteil getrennt werden, die bei Anliegen von Druckluft am Anschluss (4) unterschiedlich rasch und/oder in unterschiedlichem Maß mit Druckluft befüllt werden, beispielsweise gar nicht.
Strukturbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (1, 2) an den Stirnseiten (8) gasdicht verbunden sind, insbesondere miteinander verklebt, verpresst und/oder verschweißt.
Strukturbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (1, 2) aus Metall, Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, oder Verbundmaterial bestehen.
Vorrichtung umfassend ein Strukturbauteil nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Druckluftquelle, insbesondere einen Gasgenerator, wobei die Druckluftquelle mit dem Anschluss (4) des Strukturbauteils verbunden ist, so dass Druckluft in das Strukturbauteil eingebracht werden kann.
Verwendung eines Strukturbauteils nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7 als Karosserieteil eines Fahrzeugs.
Verwendung eines Strukturbauteils nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7 als dauerhaft festes Karosserieteil eines Fahrzeugs, wobei am Anschluss (4) des Strukturbauteils, während des gewöhnlichen Betriebes des Fahrzeugs, zur Erhöhung der Festigkeit, dauerhaft Druckluft anliegt.
Verwendung eines Strukturbauteils nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7 als aktiv die Sicherheit erhöhendes Karosserieteil eines Fahrzeugs, wobei am Anschluss (4) des Strukturbauteils, während des gewöhnlichen Betriebes des Fahrzeugs, zur Erhöhung der Festigkeit, temporär, insbesondere in einer Gefahrensituation, Druckluft eingebracht wird.
Verwendung eines Strukturbauteils nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6 oder einer Vorrichtung nach Anspruch 7 als reparaturvorbereitetes Karosserieteil eines Fahrzeugs, wobei am Anschluss (4) des Strukturbauteils nach einer Deformation, zur Reparatur des Strukturbauteils, insbesondere in einer Werkstätte, Druckluft eingebracht wird.