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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sandwich-Verbundbauteil zur Verwendung als Ladeboden oder Hutablage eines Kraftfahrzeuges gemäß Anspruch 1 sowie ein mit einem solchen Sandwich-Verbundbauteil ausgestattetes Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 10.
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Aus der
DE 103 10 368 A1 ist ein Ladeboden bekannt, der als Sandwich-Verbundbauteil ausgebildet ist und einen Schaumkern, eine hieran angeordnete, aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende obere Decklage und eine an dem Schaumkern angeordnete, aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende untere Decklage aufweist. Der bekannte Ladeboden soll gegenüber anderen bekannten Ladeböden leichter sein und seiner bestimmungsgemäßen Funktion als komfortverbesserndes Mittel gerecht werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sandwich-Verbundbauteil anzugeben, das als Ladeboden oder Hutablage verwendet werden kann, dabei aber eine weitere Funktion innerhalb des Kraftfahrzeuges ausübt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Sandwich-Verbundbauteil zur Verwendung als Ladeboden oder Hutablage eines Kraftfahrzeuges gelöst, das einen Schaumkern, eine hieran angeordnete, aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende obere Decklage und eine an dem Schaumkern angeordnete, aus einem Faserverbundwerkstoff bestehende untere Decklage, aufweist, wobei das Sandwich-Verbundbauteil dazu eingerichtet ist, bei einem unfallbedingten Aufprall des Kraftfahrzeuges einen Anteil der auftretenden Aufprallenergie durch eine plastische Verformung aufzunehmen.
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Neben seiner Funktion als leichtgewichtiger und komfortverbessernder Ladeboden bzw. leichtgewichtige Hutablage wirkt das erfindungsgemäße Sandwich-Verbundbauteil in vorteilhafter Weise – und im Gegensatz zu dem bekannten Ladeboden – auch als die Sicherheit der Fahrzeuginsassen bei einem Unfall verbesserndes Mittel.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die obere Decklage, der Schaumkern und/oder die untere Decklage in einer einzigen Matrix eingebettet. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein besonders homogener Verbund der an dem Sandwich-Verbundbauteil vorhandenen Komponenten ermöglicht. Das Matrixmaterial kann dabei frei gewählt werden und insbesondere aus einem duroplastischem Material, beispielsweise einem Epoxidharz, einem Polyester, einem Vinylester oder Bismaleimid (BMI) bestehen. Alternativ kann vorgesehen sein, die Matrix aus einem Elastomer, bevorzugt Polyurethan (PUR), auszubilden.
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In besonders bevorzugter Weise sind die obere Decklage, der Schaumkern und/oder die untere Decklage in einer thermoplastischen Matrix eingebettet, so dass die zuvor beschriebenen Vorteile um eine erleichterte Recyclebarkeit des erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils ergänzt werden. Die thermoplastische Matrix kann insbesondere aus einem Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyamid (PA), insbesondere einem PA 6 oder PA 6.6, Polyethersulfon (PES), Polybisphenylsulfon (PSF), Polyethylenimin (PEI), Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) bestehen.
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Wie aus der bereits zuvor dargestellten Offenbarung hervorgeht kann das erfindungsgemäße Sandwich-Verbundbauteil in vorteilhafter Weise einen Teil der bei einem Aufprallunfall auftretenden Aufprallenergie aufnehmen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Sandwich-Verbundbauteil dazu eingerichtet, einen Teil der auftretenden Aufprallenergie durch eine Stauchung infolge einer Vielzahl von fortschreitenden Brüchen (auch „progressive crushing“ genannt) und/oder Zwischenschichtbruchbildungen (auch „peeling“ genannt) aufzunehmen, da hierdurch aus der Praxis an sich bekannte und vergleichsweise leicht zu kalkulierende bzw. zu beherrschende mechanische Versagenskriterien zum Ansatz gebracht werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schaumkern des erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils eine Anzahl von jeweils nebeneinander benachbarten Zellen, zwischen denen sich jeweils ein Teil der Matrix befindet. Hierdurch ist es in vorteilhafter Weise auf besonders einfache Art möglich, das Sandwich-Verbundbauteil an verschiedene unfallbedingte Lastfälle anzupassen.
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Zur Verbesserung der Recyclebarkeit des erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils ist eine Sortenreinheit der verwendeten Werkstoffe vorgesehen. Hierzu sind die Matrix und der Schaumkern aus einem Polyurethan (PUR) gebildet.
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In vorteilhafter Weise kann das erfindungsgemäße Sandwich-Verbundbauteil an verschiedene Lastfälle angepasst werden, indem die obere Decklage und/oder die untere Decklage aus einem Glasfaserwerkstoff, einem Kohlefaserwerkstoff und/oder einem Verbund aus Glasfaserwerkstoff und Kohlefaserwerkstoff gebildet sind. Die jeweiligen Fasern können insbesondere in Abhängigkeit der zu berücksichtigen Lastfälle als Kurzfasern, Langfasern oder Endlosfasern in einer oder in mehreren Schichten ausgebildet sein, wobei letztere gleiche oder unterschiedliche Lagewinkel aufweisen können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der zuvor offenbarte Kohlefaserwerkstoff aus einer Precursorfaser auf Basis eines nachwachsenden Rohstoffes, bevorzugt aus Lignin, gebildet, da hierdurch die Nachhaltigkeit des erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteils weiter verbessert wird. Es sei angemerkt, dass die Precursorfaser in vorteilhafter Weise Polyacrylnitril und wenigstens ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lignin, Ligninderivaten, Glucanen, Cellulose und beliebigen Mischungen aus zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen enthalten kann.
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Dem Grundsatz können die verwendeten Faserverbundwerkstoffe eine beliebige Ausrichtung ihrer jeweiligen Fasern bzw. ihrer aus den Fasern gebildeten Faserschichten aufweisen. Das erfindungsgemäße Sandwich-Verbundbauteil ist jedoch besonders leicht herstellbar, wenn die obere Decklage und/oder die untere Decklage, in Längsrichtung des Ladebodens bzw. der Hutablage betrachtet, im Wesentlichen jeweils einen unidirektionalen Faserverlauf ausweisen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Sandwich-Verbundbauteils ist vorgesehen, dass die obere Decklage einen gegenüber der unteren Decklage im Wesentlichen orthogonalen Faserverlauf aufweist. Hierdurch kann das Sandwich-Verbundbauteil in einfacher Weise für unterschiedliche Lastfälle, beispielsweise für einen Aufprall in Fahrzeuglängsrichtung bzw. in Fahrzeugquerrichtung, angepasst werden.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird ebenfalls durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des zuvor offenbarten Sandwich-Verbundbauteils gelöst. Die entsprechenden Vorteile gelten adäquat.
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Nachstehend folgt eine Kurzbeschreibung von Figuren der vorliegenden Erfindung.
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1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges, das einen mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil ausgebildeten Ladeboden und eine mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil ausgebildete Hutablage aufweist.
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2 ist eine schematische, nicht maßstäblich vergrößerte Schnittansicht eines Teils der in 1 gezeigten Hutablage.
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3 ist eine schematische, nicht maßstäblich vergrößerte Schnittansicht eines Teils des in 2 gezeigten Ladebodens.
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Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf 1 bis 3 eine detaillierte, nicht präjudizierende, insbesondere einschränkende, Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Gleiche Elemente sind mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit nichts anderes angegeben wird.
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1 ist eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1, das einen mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil 5 ausgebildeten Ladeboden 10 und eine mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil 5 ausgebildete Hutablage 15 aufweist.
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Der Ladeboden 10 befindet sich im unteren Bereich eines Kofferraums 20. Die Hutablage 15 ist im oberen Bereich des Kofferraums 20 unterhalb einer Heckscheibe 25 angeordnet. Der Kofferraum 20 ist durch einen Kofferraumdeckel 30 öffnenbar und verschließbar ausgestaltet.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ladeboden 10 mittels Führungsschienen 35 aus dem Kofferraum 20 heraus und in diesen zurück verfahrbar ausgebildet. Dies ist jedoch nicht zwingend; vielmehr kann ein nicht bewegbarer oder auf andere Weise bewegbarer oder entfernbarer Ladeboden 10 vorgesehen sein.
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Sowohl der Ladeboden 10 als auch die Hutablage 15 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils als ein Sandwich-Verbundbauteil 5 ausgebildet und bilden ein Strukturbauteil des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1. Es ist jedoch ebenso möglich, entweder den Ladeboden 10 oder die Hutablage 15 allein aus dem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil 5 vorzusehen. In diesem Fall ist lediglich eine der genannten Komponenten als Strukturbauteil des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1 ausgestaltet. Aufgrund ihres Aufbaus mit einem erfindungsgemäßen Sandwich-Verbundbauteil 5 sind der Ladeboden 10 bzw. die Hutablage 15 eingerichtet, bei einem unfallbedingten Aufprall des Kraftfahrzeuges 1 einen Anteil der auftretenden Aufprallenergie durch eine plastische Verformung aufzunehmen. Dies bedeutet, dass der Ladeboden 10 bzw. die Hutablage 15 bei einem Unfall, bei dem das Heck des Kraftfahrzeuges 1 durch einen Heckaufprall und/oder Seitenaufprall in Mitleidenschaft gezogen wird, mindestens teilweise zerstört werden.
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In 2 ist die in 1 gezeigte Hutablage 15 in nicht maßstäblicher Schnittansicht vergrößert dargestellt. Das Sandwich-Verbundbauteil 5 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen Schaumkern 40 auf, der aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter Zellen 45 besteht. Jede einzelne Zelle 45 ist in einer aus einem Harz bestehenden Matrix 50 eingebettet.
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In dem in 2 oberen Bereich befindet sich eine obere Decklage 55, die in diesem Fall aus einem Faserverbundwerkstoff mit unidirektional ausgebildeten Kohlefasern 60 besteht.
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In dem in 2 unteren Bereich befindet sich eine untere Decklage 65, die gemäß diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls aus einem Faserverbundwerkstoff mit unidirektional ausgebildeten Kohlefasern 70 besteht.
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Die Kohlefasern 60 bzw. 70 sind gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in Fahrzeuglängsrichtung, d.h. in der x-Richtung eines an sich bekannten kartesischen, fahrzeugeigenen Koordinatensystems ausgerichtet.
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Sowohl die obere Decklage 55 als auch die untere Decklage 65 sind mit dem gleichen Harz der Matrix 50 wie der Schaumkern 40 getränkt. Mithin bilden der Verbund aus oberer Decklage 55, Schaumkern 40, unterer Decklage 65 und Matrix 50 einen innigen Verbund.
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In 3 ist der in 1 gezeigte Ladeboden 10 in nicht maßstäblicher Schnittansicht vergrößert dargestellt. Das Sandwich-Verbund Bauteil 5 weist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel einen Schaumkern 40 auf, der aus einer Anzahl nebeneinander angeordneter Zellen 45 besteht. Jede einzelne Zelle ist in einer aus einem Harz bestehenden Matrix 50 eingebettet. Damit unterscheiden sich die beiden Sandwich-Verbundbauteile 1 für den Ladeboden 10 bzw. die Hutablage 50 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Schaumkerns 40 nicht. Es sei jedoch angemerkt, dass der Ladeboden 10 bzw. die Hutablage 50 auch unterschiedliche Schaumkerne 40, insbesondere mit unterschiedlichen Materialien und Abmessungen, aufweisen können.
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In dem in 3 oberen Bereich befindet sich ebenfalls eine obere Decklage 55, die durch eine Vielzahl von in der Matrix 50 eingebetteten unidirektionalen Kohlefasern 60 besteht. Anders als in dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel jedoch sind die Kohlefasern 60 jedoch nicht in Fahrzeuglängsrichtung, sondern in Fahrzeugquerrichtung, d.h. in y-Richtung entsprechend dem kartesischen fahrzeugeigenen Koordinatensystem, angeordnet.
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In dem in 3 unteren Bereich befindet sich eine untere Decklage 65, deren Aufbau dem Aufbau der unteren Decklage 65 der in 2 gezeigten Hutablage 15 entspricht.
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Es sei angemerkt, dass sich die Materialien, Anzahl, Abmessungen und Schichtaufbauten der Schaumkerne 40, Zellen 45, Matrix 50, oberen Decklagen 55 und unteren Decklagen 65 voneinander unterscheiden können, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus ist es möglich, jede der unteren Decklage 65 bzw. oberen Decklagen 55 an ihren dem Schaumkern 40 distal entfernten Ende mit einer hier nicht gezeigten Schutzschicht oder Kaschierschicht zu versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 5
- Sandwich-Verbundbauteil
- 10
- Ladeboden
- 15
- Hutablage
- 20
- Kofferraum
- 25
- Heckscheibe
- 30
- Kofferraumdeckel
- 35
- Führungsschienen
- 40
- Schaumkern
- 45
- Zelle
- 50
- Matrix
- 55
- obere Decklage
- 60
- Kohlefasern
- 65
- untere Decklage
- 70
- Kohlefasern
- x, y, z
- Fahrzeugeigenes kartesisches Koordinatensystem
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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