DE102016204058A1 - Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug - Google Patents

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Abstract

Ein Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug mit einem Schichtenaufbau (10) aus zumindest zwei faserverstärkten und eine Kunstharzmatrix aufweisenden Deckschichtelementen (12, 16) und zumindest einem zwischen zwei benachbarten Deckschichtelementen (12, 16) vorgesehenen Kernschichtelement (14), wobei die Deckschichtelemente (12, 16) und das Kernschichtelement (14) quer durchdringende Zugkraft-Übertragungselemente (2) vorgesehen sind, die die Deckschichtelemente (12, 16) und das Kernschichtelement (14) miteinander verbinden, zeichnet sich dadurch aus, dass das zumindest eine Kernschichtelement (14) aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz besteht oder solches aufweist und dass das Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug ein Crash-Element zur Aufnahme von kinetischer Energie unter Fragmentierung der Deckschichtelemente (12, 16) und des zumindest einen Kernschichtelements (14) bildet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs. Schließlich ist die Erfindung auch gerichtet auf die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils als kinetische Energie aufnehmendes Crash-Element in einem Fahrzeug.
  • STAND DER TECHNIK
  • Herkömmliche Crash-Elemente in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, sind aus plastisch verformbaren Werkstoffen, zumeist Metallen, gebildet und wandeln die kinetische Energie der Kollisionspartner in Verformungsenergie um. Insbesondere bei Seitenkollisionen erfolgt diese Umwandlung durch im Fahrzeugboden und in den Fahrzeugseitenwänden und Fahrzeugtüren vorgesehene Biegeschweller.
  • Das stete Streben nach Senkung des Energieverbrauchs eines Fahrzeugs hat dazu geführt, dass Metallbauteile von Fahrzeugen zunehmend durch Faserverbundwerkstoffe ersetzt werden. Faserverbundwerkstoffe, wie beispielsweise Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK), können zwar eine hohe Biegesteifigkeit aufweisen, insbesondere dann, wenn sie als Sandwich-Bauteil ausgeführt sind. Sie weisen jedoch im Vergleich zu Metallwerkstoffen eine äußerst geringe Duktilität auf. Energieaufnehmende Crash-Elemente, die nicht aus Metall, sondern aus Kunststoffen bestehen, wandeln daher die kinetische Energie der Kollisionspartner nicht in duktile Verformungsenergie, sondern durch Materialfragmentierung in freie Oberfläche um. Dieser Fragmentierungsprozess muss, um möglichst viel Energie umwandeln zu können, sehr wirksam erfolgen; das heißt, dass eine möglichst kleinteilige Fragmentierung der von der Kollision unmittelbar betroffenen Bauteile stattfinden muss. Dies gilt insbesondere für Sandwich-Bauteile, die wegen ihrer hohen Biegesteifigkeit besonders vorteilhaft für tragende Fahrzeugteile, aber auch für großflächige Bauteile, wie beispielsweise Fahrzeugböden, eingesetzt werden.
  • Der Erfinder hat festgestellt, dass Sandwich-Bauteile mit einem Schichtenaufbau aus faserverstärkten Deckschichtelementen und einem dazwischen angeordneten Kernschichtelement dann, wenn sie parallel zu den Verbindungsflächen zwischen den Deckschichtelementen und dem Kernschichtelement mit großen Impulskräften belastet werden, dazu tendieren, dass die einzelnen Schichten im Bereich ihrer Berührungsflächen voneinander separiert werden. Eine solche Separation der einzelnen Schichten zehrt zwar einen Teil der aufgebrachten kinetischen Energie auf, führt aber gleichzeitig dazu, dass die angestrebte kleinteilige Fragmentierung unterbleibt oder zumindest nur teilweise erzielt wird. Der Abbau der kinetischen Energie erfolgt daher zu langsam.
  • Die WO 2008/049469 A1 zeigt und beschreibt eine Sandwichstruktur aus zwei textilen Flächengebilden für die Anwendung in harzgebundenen schalenartigen Bauteilen, wobei zwischen den textilen Flächengebilden ein Füllmaterial vorgesehen ist und wobei die Sandwichkonstruktion aus den beiden Flächengebilden und dem dazwischen angeordneten Füllmaterial miteinander vernäht oder vertuftet sind. Das Füllmaterial ist von einer elastischen Schaumstoffschicht gebildet, so dass die Sandwichkonstruktion zu schalenartigen Bauteilen räumlich formbar ist. Eine Versteifung eines solchen räumlichen Gebildes wird als unerwünscht angesehen.
  • Die DE 10 2004 062 895 A1 zeigt und beschreibt eine textile Abstandsstruktur aus einer Mehrzahl von weichen und flexiblen Textillagen, wobei zwischen zwei voneinander beabstandeten Decklagen eine gefaltete Zwischenlage vorgesehen ist, die abwechselnd mit der einen und der anderen Decklage vernäht ist. Zur Abstandswahrung dieser weichen und flexiblen Textillagen werden Kernelemente in die Hohlräume eingeschoben, die sich durch Vernähen der mittleren Textillage mit einer benachbarten Decklage ergeben.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sandwich-Bauteil oder ein Sandwich-Halbzeug mit einem Schichtonaufbau aus zumindest zwei faserverstärkten Deckschichtelementen und zumindest einem zwischen zwei benachbarten Deckschichtelementen vorgesehenen Kernschichtelement so auszugestalten, dass im Falle des Auftretens von Stoßbelastungen eine wirksamere Aufnahme der Stoßenergie durch das Sandwich-Bauteil beziehungsweise das Sandwich-Halbzeug erfolgt. Weiterhin ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sandwich-Bauteils beziehungsweise Sandwich-Halbzeugs anzugeben.
  • Die auf das Sandwich-Bauteil und Sandwich-Halbzeug gerichtete Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Dazu ist bei einem Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug mit einem Schichtenaufbau aus zumindest zwei faserverstärkten und eine Kunstharzmatrix aufweisenden Deckschichtelementen und zumindest einem zwischen zwei benachbarten Deckschichtelementen vorgesehenen Kernschichtelement, wobei Zugkraft-Übertragungselemente vorgesehen sind, die die Deckschichtelemente und das Kernschichtelement quer durchdringen und die die Deckschichtelemente und das Kernschichtelement miteinander verbinden, erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zumindest eine Kernschichtelement aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz besteht oder solches aufweist und dass das Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug ein Crash-Element zur Aufnahme von kinetischer Energie unter Fragmentierung der Deckschichtelemente und des zumindest einen Kernschichtelements bildet.
  • VORTEILE
  • Die Zugkraft-Übertragungselemente zwischen den beiden Deckschichtelementen halten den Schichtaufbau zusammen und stützen bei der Stoßkrafteinwirkung auftretende Querkräfte zwischen den Deckschichtelementen ab. Sie verhindern so, dass sich die Deckschichtelemente von dem aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz bestehenden und damit fasten und steifen Kernschichtelement ablösen. Dadurch wird das Eindringen eines Kollisionspartners, beispielsweise eines Pfahls, in das Sandwich-Bauteil beziehungsweise das Sandwich-Halbzeug verlangsamt, weil die Kollisionsenergie bereits unmittelbar bei Beginn der Kollision durch zuverlässig eintretende Fragmentierung des Sandwich-Bauteils beziehungsweise des Sandwich-Halbzeugs, insbesondere durch Fragmentierung der jeweiligen Deckschichten und der Kernschicht, abgebaut wird. Das besonders wirksam durch Fragmentierung kinetische Energie abbauende Kernschichtmaterial aus Hartschaummaterial oder Weichholz kann sich aufgrund der mechanischen Verbindung mit den Deckschichten nicht von diesen ablösen und zur Seite ausweichen, sondern wird sofort komprimiert und dabei fragmentiert. Diese Fragmentierung erfolgt sukzessive von der Eindringseite des Kollisionspartners aus und setzt sich mit zunehmender Eindringtiefe kontinuierlich fort, wobei die Eindringgeschwindigkeit des Kollisionspartners durch den Energieabbau wirksam verlangsamt wird. Es wird also durch den Zusammenhalt des Schichtenaufbaus mittels der Zugkraft-Übertragungselemente bereits bei Beginn des Eindringens des Kollisionspartners dafür gesorgt, dass die hochwirksam energieaufzehrende Fragmentierung aller Elemente des Schichtenaufbaus, das heißt sowohl der Deckschichtelemente als auch des Kernschichtelements, unmittelbar einsetzt. Die Eindringtiefe des Kollisionspartners ist daher beim erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteil beziehungsweise beim erfindungsgemäßen Sandwich-Halbzeug bei vorgegebener kinetischer Energie deutlich geringer als bei einem herkömmlichen Sandwich ohne die erfindungsgemäßen Zugkraft-Übertragungselemente, bei welchem durch die eingangs beschriebene Separierung der einzelnen Schichten deutlich weniger Energie pro Eindringwegeinheit abgebaut wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorzugsweise weisen die Deckschichtelemente Kohlefasern auf, die im fertigen Zustand des Sandwich-Bauteils oder des Sandwich-Halbzeugs in die jeweilige Kunstharzmatrix eingebettet sind. Kohlefasern besitzen nicht nur ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, sondern sind auch besonders für eine hochwirksam energieaufzehrende Fragmentierung geeignet.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Zugkraft-Übertragungselemente durch die Kunstharzmatrix in oder an dem jeweiligen Deckschichtelement fixiert sind. Dadurch wird eine besonders wirksame Anbindung der Zugkraft-Übertragungselemente an die jeweilige Deckschicht erzielt, wodurch hohe Zugkräfte zwischen den Deckschichten mittels der Zugkraft-Übertragungselemente abgestützt werden können.
  • Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Weichholz Balsaholz ist.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Zugkraft-Übertragungselemente von Drähten oder Fäden gebildet sind, die durch Tuften oder Nähen in den Schichtenaufbau eingebracht sind und die jeweils in oder an den Deckschichtelementen fixiert sind. Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass sie sich einfach und kostengünstig fertigen lässt.
  • Der auf das Verfahren gerichtete Teil der Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
  • Dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Bauteils oder eines Sandwich-Halbzeugs nach der Erfindung, zeichnet sich aus durch die Schritte
    • – Bereitstellen eines Schichtenaufbaus aus zumindest einem Kernschichtelement aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz und zumindest zwei Deckschichtelementen, die Fasern, insbesondere Kohlefasern, aufweisen und die auf zwei voneinander abgewandten Seiten des Kernschichtelements angeordnet sind;
    • – Einbringen und Fixieren von Zugkraft-Übertragungselementen in den Schichtenaufbau quer zu den einzelnen Schichten.
  • Das Einbringen und Fixieren der Zugkraft-Übertragungselemente in den Schichtenaufbau quer zu den einzelnen Schichten erfolgt unmittelbar nach dem Aufeinanderlegen der einzelnen Schichtelemente, also bevor der Schichtenaufbau zu einem harten und festen Sandwich-Material weiterverarbeitet wird. Als Faserhalbzeuge für die Deckschichten kommen beispielsweise Gewebe, Gelege oder Fasermatten in Betracht, aber auch das Aufspritzen von Fasern ist nicht ausgeschlossen. Bevorzugt werden Faserhalbzeuge wie Prepregs oder Rovings zur Bildung der Deckschichten eingesetzt.
  • Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn der Schritt des Einbringens von Zugkraft-Übertragungselementen durch Vernähen der Schichten des Schichtenaufbaus erfolgt. Ein solcher Schritt des Vernähens kann mit herkömmlichen Industrienähmaschinen oder Nährobotern durchgeführt werden.
  • Alternativ kann der Schritt des Einbringens von Zugkraft-Übertragungselementen auch durch Tuften der Schichten des Schichtenaufbaus erfolgen. Auch dieser Schritt kann mittels herkömmlicher Maschinen aus der Textilverarbeitung durchgeführt werden. Die beim Tuften entstehenden Schlingen werden in einem nachfolgenden Schritt mit der Kunstharzmatrix des zugeordneten Deckschichtelements verklebt oder in diese eingebunden. Dadurch wird auch die Schlingenseite des getufteten Materials fest mit der dortigen Deckschicht verbunden, indem die Schlingen in die Kunstharzmatrix eingebunden beziehungsweise mit dieser verklebt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn nach dem Schritt des Einbringens der Zugkraft-Übertragungselemente in den Schichtenaufbau ein Schritt des Vernetzens und Aushärtens der jeweiligen Kunstharzmatrix der Deckschichten erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Zugkraft-Übertragungselemente noch in die weichen und nicht ausgehärteten Deckschichtelemente eingebracht werden können, so dass dafür nur geringe Kräfte aufgebracht werden müssen. Beim Vernähen oder Tuften bringt das den Vorteil mit sich, dass herkömmliche Industrienähmaschinen aus der Textilverarbeitung für diese Verfahrensschritte eingesetzt werden können. Weiterhin wird durch diese Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht, dass die Zugkraft-Übertragungselemente, beispielsweise Drähte oder Fäden, fest mit der Kunstharzmatrix der Deckschichten verbunden werden.
  • Eine besonders bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bei der Herstellung von Fahrzeugkomponenten, in denen ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Sandwich-Bauteil als kinetische Energie aufnehmendes Crashelement des Fahrzeugs verwendet wird. Diese Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und die damit verbundene Verwendung eines erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs kombinieren den Vorteil des Fahrzeug-Leichtbaus mit einem hochwirksamen Crash-Verhalten.
  • Eine derartige Fahrzeugkomponente zeichnet sich in einer vorteilhaften Weiterbildung dadurch aus, dass zumindest zwei Sandwich-Bauteile, die jeweils nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind oder werden, oder ein Sandwich-Bauteil und ein weiteres faserverstärktes Bauteil zusammengefügt und durch Nähen oder Tuften miteinander verbunden sind. Hierdurch wird nicht nur die innere Struktur eines einzelnen Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs durch das Vorsehen von Zugkraft-Übertragungselementen gegen auftretende Querkräfte verfestigt, sondern außerdem ein Zusammenbau von zwei oder mehreren Bauteilen, insbesondere Sandwich-Bauteilen, in erfindungsgemäßer Weise durch das Vorsehen von Zugkraft-Übertragungselementen an den Verbindungsstellen der Bauteile geschaffen, indem die Zugkraft-Übertragungselemente die miteinander zu verbindenden Bauteile durchdringen.
  • Vorteilhaft ist dabei, wenn bei einer solchen aus zumindest zwei Bauteilen bestehenden Fahrzeugkomponente die Bauteile nach dem Zusammenfügen durch Nähen oder Tuften miteinander verbunden werden. Auch hier kann beispielsweise die Verbindung der Bauteile vorgenommen werden, bevor die jeweilige Kunstharzmatrix der einzelnen Schichten vernetzt und ausgehärtet wird.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigt:
  • 1 eine perspektivische Ansicht eines teilweise geschnittenen erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils mit vernähten Schichten mit ausschnittsweise vergrößerter Darstellung;
  • 2 eine der Darstellung in 1 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils mit getufteten Schichten;
  • 3 eine perspektivische Darstellung einer Fahrzeugkomponente mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteil und
  • 4 eine zur Darstellung in der 3 alternative Ausführung.
  • DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Sandwich-Bauteil 1 mit einem Schichtenaufbau 10 aus zwei faserverstärkten und eine Kunstharzmatrix aufweisenden Deckschichtelementen, einem ersten Deckschichtelement 12 und einem zweiten Deckschichtelement 16, zwischen denen sich ein aus Hartschaummaterial oder Weichholz (zum Beispiel Balsaholz) bestehendes Kernschichtelement 14 befindet. Die Deckschichtelemente 12, 16 bestehen beispielsweise aus einem Kohlefaser-Kunstharz-Verbundmaterial und werden bevorzugterweise als Faserhalbzeuge, zum Beispiel als mit Matrixwerkstoff (Kunstharz) vorimprägnierte Fasermatten, auf das Kernschichtenelement 14 aufgebracht. Die Konsistenz dieser auch als ”Prepregs” bezeichneten vorimprägnierten Fasermatten ist leicht klebrig, so dass die Deckschichtelemente 12, 16 an den voneinander abgewandten Seiten 14A, 14B des Kernschichtelements 14 haften.
  • Dieser bereits eine Sandwich-Konstruktion bildende Schichtenaufbau 10 aus dem ersten Deckschichtelement 12, dem Kernschichtelement 14 und dem zweiten Deckschichtelement 16 wird durch Nähen oder Tuften mit einer herkömmlichen Industrienähmaschine in einer Richtung quer zur Längsausdehnung, also beispielsweise senkrecht zur in 1 erkennbaren oberen Außenfläche 12' des ersten Deckschichtelements 12, zusammengefügt. Dabei werden mittels der Nähmaschine und einer daran befestigten Nähnadel beziehungsweise einer entsprechend aufgebauten Tuftmaschine und der daran befestigten Nadel Fadenführungslöcher 21 quer durch den Schichtenaufbau 10 hindurchgestoßen und entsprechende Fäden durch die Fadenführungslöcher 21 hindurchgeschoben. Auf der Oberseite des Schichtenaufbaus, also auf der in 1 sichtbaren Außenfläche 12' des ersten Deckschichtelements 12, bildet der Faden 20 ein herkömmliches Nahtmuster. Bei einem vernähten Schichtenaufbau 10 ist ein entsprechendes Nahtmuster auch auf der Unterseite, also auf der in 1 nicht sichtbaren Außenfläche 16' des zweiten Deckschichtelements 16, ausgebildet.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus einem gegenüber der Darstellung in 1 umgedrehten Schichtenaufbau 10 eines erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils 1, wobei in 2 die Außenfläche 16' des zweiten Deckschichtelements 16 sichtbar ist.
  • Die in 2 gezeigte Variante des erfindungsgemäßen Sandwich-Bauteils 1 ist nicht vernäht, sondern getuftet, wobei der Faden 20 auf der hier sichtbaren Außenfläche 16' des zweiten Deckschichtelements 16 Schlingen 22 ausbildet.
  • Der Aufbau eines derart vernähten oder getufteten Sandwich-Bauteils 1 oder Sandwich-Halbzeugs (beispielsweise einer zur Weiterverarbeitung vorgesehenen Sandwich-Platte) ist in der vergrößerten Darstellung der 1 im Detail zu sehen.
  • Nachdem der Schichtenaufbau 10, wie vorstehend beschrieben, vernäht oder getuftet worden ist, erfolgt eine Weiterbehandlung des Schichtenaufbaus 10, bei welcher, beispielsweise durch thermische Einwirkung, die Kunstharzmatrix der jeweiligen Deckschichtelemente 12, 16 vernetzt wird und dabei aushärtet. Bei Bedarf kann davor noch ein Schritt der Formgebung vorgesehen sein, bei welchem das beispielsweise plattenförmige Sandwich-Halbzeug in eine gewünschte Form gebracht wird, die es dann als Sandwich-Bauteil nach dem Vernetzen und Aushärten der Deckschichtelemente 12, 16 beibehält.
  • Im fertigen Sandwich-Bauteil 1, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, sind die Deckschichtelemente 12, 16 und das Kernschichtelement 14 durch die Fäden 20, die den Schichtenaufbau 10 quer durchdringende Zugkraft-Übertragungselemente 2 bilden, miteinander verbunden. Da der Faden 20 nach dem Vernetzen der jeweiligen Kunstharzmatrix der Deckschichtelemente 12, 16 mit den Deckschichtelementen 12, 16 verklebt ist, bildet der Faden 20 im Bereich eines jeden Fadenführungslochs 21 jeweils einen Fadenabschnitt 20' als Zugkraft-Übertragungselement 2 aus, welches zwischen den beiden Deckschichtelementen 12, 16 Zugkräfte übertragen kann.
  • Wird ein erfindungsgemäßes Sandwich-Bauteil 1 oder Sandwich-Halbzeug beispielsweise mit einem in 1 als Pfahl P dargestellten Hindernis in Richtung des Pfeils F derart kollidieren, dass die durch den Pfeil F symbolisierten Kollisionskräfte von der Seite, also quer zum Schichtenaufbau 10, auf das Sandwich-Bauteil 1 einwirken, so werden bei dieser Kollision entstehende Querkräfte im Schichtenaufbau 10, die im gezeigten Beispiel der 1 nach oben und unten in Richtung der Kraftpfeile F1 und F2 wirken, durch die sich im jeweiligen Fadenführungskanal befindlichen Abschnitte 20' der Fadens 20 zwischen den Deckschichtelementen 12, 16 abgestützt. Ein Ablösen der Deckschichtelemente 12, 16 vom Kernschichtelement 14 wird dadurch verhindert und die Kollision führt zu einer wirksamen Fragmentierung der Deckschichtelemente 12, 16 und des Kernschichtelements 14 im Bereich der unmittelbaren Kollision des Sandwich-Bauteils 1 mit dem Pfahl P bereits beim Auftreffen des Pfahls P auf das Sandwich-Bauteil 1.
  • In 3 ist eine Anwendung der Erfindung gezeigt, bei welcher zwei erfindungsgemäß aufgebaute Sandwich-Bauteile 1, 1' nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer Fahrzeugkomponente zusammengefügt sind. Das erste Sandwich-Bauteil 1 ist dabei als ebenes, flächiges Sandwich-Bauteil ausgeführt und das zweite Sandwich-Bauteil 1' ist als korrugiertes (wellblechartig ausgebildetes) Sandwich-Bauteil geformt. Diese beiden zusammengefügten Sandwich-Bauteile 1, 1' sind im Bereich ihrer Berührungsflächen mittels eines Fadens 20'' oder eines Drahtes miteinander vernäht oder durch Tuffen miteinander verbunden, wie dies bereits in Verbindung mit dem Schichtenaufbau 10 der 1 beschrieben worden ist.
  • Zusätzlich kann jedes der beiden Sandwich-Bauteile 1, 1' vorher so bearbeitet worden sein, wie dies in Verbindung mit dem Beispiel der 1 und 2 beschrieben worden ist, das heißt, dass zunächst sowohl der Schichtenaufbau 10 des ersten Sandwich-Bauteils 1 als auch der Schichtenaufbau 10' des zweiten Sandwich-Bauteils 1' durch Nähen oder Tuffen miteinander verbunden wird, wie dies in Verbindung mit dem Beispiel der 1 und 2 beschrieben worden ist. Daraufhin werden die beiden Sandwich-Bauteile 1, 1' vor oder nach dem Schritt des Vernetzens der Kunststoffmatrix der jeweiligen Deckschichtelemente 12, 16, 12', 16' miteinander vernäht oder durch Tuften miteinander verbunden, wie dies in 3 dargestellt ist. Erfolgt dieses Verbinden der beiden Sandwich-Bauteile 1, 1' nachdem die Kunststoffmatrix der jeweiligen Deckschichtelemente 12, 16; 12', 16' durchgeführt worden ist, so ist das Einbringen der Fadenführungskanäle 21 kraftaufwändiger als im unvernetzten Zustand, was bedeutet, dass entsprechend kräftigere Maschinen und widerstandsfähigere Nadeln zum Vernähen beziehungsweise Vertuften eingesetzt werden müssen.
  • Eine abgewandelte Variante der in 3 dargestellten Fahrzeugkomponente ist in 4 gezeigt. Dort ist am ebenen Sandwich-Bauteil 1 ein einfaches, nicht als Sandwich-Konstruktion gestaltetes korrugiertes Bauteil 1'' in der gleichen Weise befestigt, wie das sandwichartige korrugierte Bauteil 1' des Beispiels aus 3. Auch in dieser in 4 gezeigten Variante kann das ebene Sandwich-Bauteil 1 zusätzlich zu den in 4 gezeigten Fadenverbindungen vor dem Verbinden mit dem zweiten Bauteil 1'' in der in Verbindung mit 1 beschriebenen Weise durch Nähen oder Tuften zusammengefügt worden sein.
  • Wenn in den vorstehend beschriebenen Beispielen das Vernähen oder Tuften mittels eines Fadens beschrieben worden ist, so ist es selbstverständlich möglich, anstelle eines (zum Beispiel textilen) Fadens einen Metalldraht zu verwenden, der flexibel genug ist, um vernäht oder getuftet zu werden und der andererseits im fertigen Zustand des Sandwich-Bauteils größere Zugkräfte zwischen den Deckschichtelementen übertragen kann.
  • Die Fadenführungskanäle 21 wirken zugleich als Sollbruchstellen, an denen die Fragmentierung der Schichtenelemente 12, 14, 16 gezielt einsetzt.
  • Die Erfindung ist nicht auf den gezeigten Schichtenaufbau beschränkt. So können an Stelle des einen Kernschichtelements auch mehrere Kernschichtelemente vorgesehen sein, zwischen denen jeweils ein Zwischenschichtelement angeordnet ist, welches vorzugsweise den Deckschichtelementen entspricht. Die Zugkraft-Übertragungselemente erstrecken sich dann ebenfalls durch den gesamten Schichtenaufbau.
  • Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann die erfindungsgemäße Vorrichtung vielmehr auch andere als die oben beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen. Die Vorrichtung kann hierbei insbesondere Merkmale aufweisen, die eine Kombination aus den jeweiligen Einzelmerkmalen der Ansprüche darstellen.
  • Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.
  • 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
    • WO 2008/049469 A1 [0005]
    • DE 102004062895 A1 [0006]

Claims (12)

  1. Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug mit einem Schichtenaufbau (10) aus zumindest zwei faserverstärkten und eine Kunstharzmatrix aufweisenden Deckschichtelementen (12, 16) und zumindest einem zwischen zwei benachbarten Deckschichtelementen (12, 16) vorgesehenen Kernschichtelement (14), wobei die Deckschichtelemente (12, 16) und das Kernschichtelement (14) quer durchdringende Zugkraft-Übertragungselemente (2) vorgesehen sind, die die Deckschichtelemente (12, 16) und das Kernschichtelement (14) miteinander verbinden. dadurch gekennzeichnet, – dass das zumindest eine Kernschichtelement (14) aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz besteht oder solches aufweist und – dass das Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug ein Crash-Element zur Aufnahme von kinetischer Energie unter Fragmentierung der Deckschichtelemente (12, 16) und des zumindest einen Kernschichtelements (14) bildet.
  2. Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichtelemente (12, 16) Kohlefasern aufweisen, die im fertigen Zustand des Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs in die jeweilige Kunstharzmatrix eingebettet sind.
  3. Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft-Übertragungselemente (2) durch die Kunstharzmatrix in oder an dem jeweiligen Deckschichtelement (12, 16) fixiert sind.
  4. Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Weichholz Balsaholz ist.
  5. Sandwich-Bauteil oder Sandwich-Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft-Übertragungselemente (2) von Drähten oder Fäden (20) gebildet sind, die durch Tuften oder Nähen in den Schichtenaufbau eingebracht sind und die jeweils in oder an den Deckschichtelementen (12, 16) fixiert sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte – Bereitstellen eines Schichtenaufbaus (10) aus zumindest einem Kernschichtelement (14) aus einem Hartschaummaterial oder aus einem Weichholz und zumindest zwei Deckschichtelementen (12, 16), die Fasern, insbesondere Kohlefasern, aufweisen und die auf zwei voneinander abgewandten Seiten (14A, 14B) des Kernschichtelements (14) angeordnet sind; – Einbringen und Fixieren von Zugkraft-Übertragungselementen (2) in den Schichtenaufbau (10) quer zu den einzelnen Schichten (12, 14, 16).
  7. Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einbringens von Zugkraft-Übertragungselementen (2) durch Vernähen der Schichten (12, 14, 16) des Schichtenaufbaus (10) erfolgt.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einbringens von Zugkraft-Übertragungselementen (2) durch Tuffen der Schichten (12, 14, 16) des Schichtenaufbaus (10) erfolgt, wobei die entstehenden Schlingen (22) in einem nachfolgenden Schritt mit der Kunstharzmatrix des zugeordneten Deckschichtelements (16) verklebt oder in diese eingebunden werden.
  9. Verfahren zur Herstellung eines Sandwich-Bauteils oder Sandwich-Halbzeugs nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Deckschichtelemente (12, 16) vorgefertigte Faserhalbzeuge sind oder aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt des Einbringens der Zugkraft-Übertragungselemente (2) in den Schichtenaufbau (10) ein Schritt des Vernetzens und Aushärtens der jeweiligen Kunstharzmatrix der Deckschichten (12, 16) erfolgt.
  10. Fahrzeugkomponente mit zumindest einem Sandwich-Bauteil (1), das nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt ist, zur Verwendung als kinetische Energie aufnehmendes Crash-Element in dem Fahrzeug.
  11. Fahrzeugkomponente nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Sandwich-Bauteile (1, 1'), die jeweils nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt worden sind oder werden, oder ein Sandwich-Bauteil (1) und ein weiteres faserverstärktes Bauteil (1'') zusammengefügt und durch Nähen oder Tuften miteinander verbunden sind.
  12. Verfahren zur Herstellung einer Fahrzeugkomponente nach Anspruch 11 mit zumindest zwei Bauteilen, von denen zumindest eines nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt worden ist oder wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Bauteile (1, 1', 1'') zusammengefügt und durch Nähen oder Tuften miteinander verbunden werden.
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WO2020168371A1 (de) * 2019-02-21 2020-08-27 Universitaet Für Bodenkultur Wien Aufprallschutz, insbesondere seitenaufprallschutz für eine fahrzeugtür

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DE102005013390A1 (de) * 2005-03-23 2006-09-28 Dolch, Stefan, Dipl.-Ing. (FH) Energiedissipierendes Crash-Element
WO2008049469A1 (de) 2006-10-25 2008-05-02 SGL Kümpers GmbH & Co.KG Sandwichstruktur aus mittels füllmaterialien beabstandeten textilen flächengebilden für die anwendung in harzgebundenen schalenartigen bauteilen

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