DE102016214648B4

DE102016214648B4 - Bauelement, Verwendung eines Bauelements und Verfahren zur Veränderung einer Form und/oder einer mechanischen Eigenschaft eines Bauelements

Info

Publication number: DE102016214648B4
Application number: DE102016214648.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Richter; Sabrina Hauspurg; Jeannine Kynast
Original assignee: ITP GmbH Gesellschaft fuer Intelligente Textile Produkte
Current assignee: ITP GmbH Gesellschaft fuer Intelligente Textile Produkte
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2036-08-09
Also published as: DE102016214648A1

Abstract

Bauelement,- aufweisend ein Strukturbauteil (1) mit zumindest einem befüllbaren Hohlraum (H), aufweisend eine erste Anzahl von Abstandsfäden (1.3) zur Beabstandung eines ersten Paares gegenüberliegender Seitenwände (1.1)und eine zweite Anzahl von Abstandsfäden (1.4) zur Beabstandung eines zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände (1.2), wobei die Seitenwände (1.1, 1.2) zur Ausbildung des befüllbaren Hohlraumes (H) mit einer fluiddichten Beschichtung versehen sind und wobei die Abstandsfäden (1.3, 1.4) mit jeweils einem Ende an einer Innenseite einer der Seitenwände (1.1, 1.2) befestigt sind, und- einen Formkörper (2), welcher die Seitenwände (1.1, 1.2) zumindest abschnittsweise umgebend angeordnet ist, wobei der Formkörper (2) ein separates Bauteil ist, welches außerhalb der Seitenwände (1.1, 1.2) angeordnet ist und wobei Innenabmessungen des Formkörpers (2) mit Außenabmessungen eines Bauteiles, das aus mit einem Fluid vollständig gefüllten Seitenwänden (1.1, 1.2) gebildet ist, korrespondieren, wobei der Formkörper (2) aus einem thermoplastischen Werkstoff gebildet ist und wobei das Strukturbauteil (1) einen im befüllten Zustand rechteckigen Querschnitt aufweist, welcher durch das erste Paar gegenüberliegender Seitenwände (1.1) und das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände (1.2) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit einem Strukturbauteil mit zumindest einem befüllbaren Hohlraum, eine Verwendung eines solchen Strukturbauteiles sowie ein Verfahren zur Veränderung einer Form und/oder einer mechanischen Eigenschaft eines Strukturbauteiles.
Im Allgemeinen sind aus dem Stand der Technik Bauelemente mit einem Strukturbauteil bekannt, das einen befüllbaren Hohlraum aufweist.
Aus US 5 152 018 A ist ein aufblasbarer Körper bekannt.
Aus DE 21 43 982 A ist eine mit Kunststoff beschichtete, doppelt liegende Gewebebahn mit Hilfsfäden bekannt.
Aus DE 197 81 970 B4 ist ein aufblasbares Element bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Bauelement mit einem Strukturbauteil mit einem befüllbaren Hohlraum, eine Verwendung eines solchen Bauelements sowie ein Verfahren zur Veränderung einer Form und/oder einer mechanischen Eigenschaft eines Bauelements anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Bauelements durch die in Anspruch 1, hinsichtlich der Verwendung durch die in Anspruch 8 und hinsichtlich des Verfahrens durch die in Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Bauelement weist ein Strukturbauteil mit zumindest einem befüllbaren Hohlraum auf, wobei eine erste Anzahl von vorzugsweise parallelen und/oder gleich beabstandeten Abstandsfäden zur Beabstandung gegenüberliegender Seitenwände und eine zweite Anzahl von vorzugsweise parallelen und/oder gleich beabstandeten Abstandsfäden zur Beabstandung gegenüberliegender Seitenwände vorgesehen sind, wobei die Seitenwände zur Ausbildung des befüllbaren Hohlraumes mit einer fluiddichten Beschichtung versehen sind und wobei die Abstandsfäden mit jeweils einem Ende an einer Innenseite einer der Seitenwände befestigt sind.
Mittels der Abstandsfäden ist eine Form des Strukturbauteiles vorgegeben, wobei die Abstandsfäden insbesondere ein Ausbeulen des Strukturbauteiles, d. h. seiner Seitenwände, bei einem im Hohlraum vergleichsweise hohen wirkenden Druck weitestgehend verhindern.
Dabei geben die Abstandsfäden einen Abstand zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden vor und dienen der Stabilisierung der Seitenwände und somit des Strukturbauteiles bei der Befüllung des Hohlraumes. Die Abstandsfäden leiten die wirkenden Kräfte gleichmäßig auf die Seitenwände des Strukturbauteiles bildenden Seitenwände.
Insbesondere sind die Abstandsfäden bevorzugt aus hochfesten Garnen gebildet.
Vorzugsweise werden die Seitenwände mittels Gestricken gebildet, da das Strukturbauteil dadurch in Bezug auf dynamische Bewegungen vergleichsweise beweglich ist und somit Schwingungen absorbiert und dadurch die Bewegung gedämpft wird.
In einer Ausbildung des Bauelements mit dem Strukturbauteil ist der Hohlraum zum Befüllen mit einem Fluid, beispielsweise Luft, mit einer Fluidzufuhr gekoppelt oder koppelbar. Beispielsweise umfasst die Fluidzufuhr einen Gasgenerator, so dass das Strukturbauteil mit definiertem Druck, also steuerbar mit Gas, insbesondere Luft, befüllbar ist. Durch das Befüllen versteifen sich die Seitenwände, so dass das Strukturbauteil beispielsweise als Absorptionselement in oder an einem Fahrzeug anordbar ist.
Mit dem eingestellten Druck in dem Hohlraum des Strukturbauteiles sind in vorteilhafter Weise mechanische Parameter, wie z. B. ein Schwingungsverhalten, eine Dämpfung sowie ein Biegungs- und Steifigkeitsverhalten gezielt einstellbar.
Eine Weiterbildung des Bauelements mit dem Strukturbauteil sieht vor, dass der Hohlraum in Abhängigkeit von zumindest einer vorgebbaren Bedingung befüllbar ist. Beispielsweise ist der Hohlraum, sofern das Strukturbauteil als Absorptionselement eines Fahrzeuges ausgebildet ist, bei einer erfassten, dem Fahrzeug bevorstehenden oder bei einer erfassten Kollision des Fahrzeuges befüllbar.
Um zu realisieren, dass das Strukturbauteil, insbesondere im befüllten Zustand, vorgegeben ausgeformt ist, weist die erste Anzahl von Abstandsfäden eine erste Länge und die zweite Anzahl der Abstandsfäden eine zweite Länge auf. Dabei sind vorzugsweise parallele Abstandsfäden der ersten Anzahl und vorzugsweise parallele Abstandsfäden der zweiten Anzahl gekreuzt zueinander angeordnet. Bevorzugt sind die parallelen Abstandsfäden der ersten Anzahl und die parallelen Abstandsfäden der zweiten Anzahl rechtwinklig zueinander angeordnet.
Erfindungsgemäß weist das Strukturbauteil im befüllten Zustand einen rechteckigen Querschnitt auf, wodurch das Strukturbauteil ein Vierwand-Strukturbauteil darstellt. Dadurch, dass der Querschnitt rechteckig gewählt ist, umfasst das Strukturbauteil zwei gegenüberliegende Seitenwände, deren Abmessungen größer gewählt sind als die zwei anderen gegenüberliegenden Seitenwände.
Durch diese Form ist es möglich, ein flächenmäßig größeres Flächenelement des Strukturbauteiles als Absorptionselement an einem Fahrzeugbauteil anzuordnen, so dass mittels des Strukturbauteiles eine größere Fläche des Fahrzeugbauteiles zur Absorption einer Aufprallenergie abgedeckt ist.
Das erfindungsgemäße Bauelement mit dem Strukturbauteil sieht vor, dass ein die Seitenwände zumindest abschnittsweise umgebender Formkörper vorgesehen ist. Der Formkörper ist ein separates Bauteil, welches außerhalb der Seitenwände angeordnet ist. Die Innenabmessungen des Formkörpers korrespondieren dabei erfindungsgemäß mit den Außenabmessungen des Bauteiles, das aus mit Fluid vollständig gefüllten Seitenwänden gebildet ist. Der Formkörper ist in einer bevorzugten Ausführung mit den Außenwänden, insbesondere stoffschlüssig, verbunden.
Dadurch ist es möglich, eine Festigkeit des Bauelements mit dem Strukturbauteil gezielt zu ändern, wobei bei Beaufschlagung des Strukturbauteils durch ein Fluid, insbesondere durch Druckluft, die Festigkeit mit zunehmendem Druck des Fluides zunimmt. Dadurch ist es möglich, ein Strukturbauteil mit konstanten Außenabmessungen, nämlich mit durch den Formkörper vorgegebenen Abmessungen, so auszubilden, dass die Festigkeit des Bauelements mit dem Strukturbauteil je nach aktueller Belastung desselben gezielt einstellbar und/oder regelbar ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Formkörper aus einem thermoplastischen Werkstoff gebildet ist, wodurch dieser einfach herstellbar ist.
Bevorzugt ist der thermoplastische Werkstoff aus einem hochschmelzenden Garn und aus einem niedrigschmelzenden Garn unter definiertem Druck bei definierter Temperatur gebildet. Die Schmelztemperatur des hochschmelzenden Garns ist höher als die Schmelztemperatur des niedrigschmelzenden Garns. Besonders bevorzugt erfolgt die Herstellung des thermoplastischen Werkstoffs bei einer Temperatur, die zwischen der Schmelztemperatur des niedrigschmelzenden Garns und der Schmelztemperatur des hochschmelzenden Garns liegt, so dass ein Verkleben des hochschmelzenden Garns durch verflüssigtes niedrigschmelzendes Garn erfolgt.
Eine bevorzugte Variante der vorgenannten Ausgestaltung des Bauelements sieht vor, dass der Formkörper aus Polyethylentherephthalat und Polypropylen gebildet ist. Diese Werkstoffe sind jeweils Garne, also filamentförmig und weisen unterschiedliche Schmelztemperaturen auf.
Eine weitere Ausgestaltung des Bauelements mit dem Strukturbauteil sieht vor, dass der Formkörper zweiteilig ausgebildet ist. Dadurch ist ein Strukturbauteil sehr einfach herstellbar, da das aus den Seitenwänden gebildete Bauteil sehr leicht mit einem insbesondere vollständig umhüllenden Formkörper umgebbar ist.
Eine besondere Ausgestaltung des Bauelements mit dem Strukturbauteil sieht vor, dass der Formkörper zumindest abschnittsweise eine inhomogene Struktur aufweist, welche durch abschnittsweise unterschiedliche Temperatur und/oder durch abschnittsweise unterschiedlichen Pressdruck hergestellt ist. Bei der Herstellung des Formkörpers aus einem hochschmelzenden Garn und aus einem niedrigschmelzenden Garn werden abschnittsweise unterschiedliche, definierte Drücke und/oder abschnittsweise unterschiedliche, definierte Temperaturen angewendet, so dass ein Formkörper gebildet wird, der in bestimmten Abschnitten eine hohe Festigkeit aufweist und in anderen Abschnitten eine geringere Festigkeit aufweist. Je höher der Druck und je höher die verwendete Temperatur bei der Herstellung des Formkörpers partiell angewendet ist, desto höher ist die partiell erzielte Festigkeit. Besonders bevorzugt kann ein Formkörper erzeugt werden, bei dem feste und weniger feste, insbesondere flexible Bereiche kontinuierliche Übergänge haben.
Durch die Materialauswahl zur Herstellung des thermoplastischen Formkörpers können bzw. kann eine Dicke, eine optische und/oder haptische Oberflächengestaltung und ein mechanisches Verhalten mit und ohne Fluidbeaufschlagung eingestellt werden. Aus der Materialauswahl resultieren definierte Materialeigenschaften und auch -funktionen.
Zudem ist dadurch, dass der thermoplastische Formkörper u. a. aus Polyethylentherephthalat und Polypropylen gebildet ist, ein erheblicher Kostenvorteil gegenüber der Verwendung eines Verbundwerkstoffes mit Carbon- oder Glasfasern erzielbar.
Darüber hinaus ist es in Abhängigkeit der Funktion des Strukturbauteiles mit dem zumindest abschnittsweise umgebenden thermoplastischen Formkörper möglich, erforderliche Anbauelemente, wie beispielsweise Laschen und/oder Winkelelemente, an dem Formkörper anzuformen oder an diesem auszuformen. Insbesondere dient das Strukturbauteil, bevorzugt im vollständig befüllten Zustand, als Stabilisator für den thermoplastischen Formkörper.
Wiederum in Abhängigkeit von dem Einsatz des Strukturbauteiles sind bzw. ist zumindest eine Erfassungseinheit, zumindest eine elektrische Leitung, zumindest eine Fluidleitung und/oder zumindest ein Heizelement als Funktionselement oder Funktionselemente in das Strukturbauteil integriert. Das Strukturbauteil dient also gleichzeitig als Trägerelement für die Funktionsbauteile.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des oben beschriebenen Bauelements, wobei das Bauelement als Aufnahmeeinheit für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges und/oder als Träger einer Dachbox für ein Fahrzeug ausgebildet ist.
Alternativ kann zumindest ein solches Bauelement derart ausgebildet sein, dass dieses zur Aufprallabsorption für ein Fahrzeug geeignet ist. Beispielsweise kann das Bauelement hierzu als Stoßfängereinheit oder zumindest als Stoßstange und/oder als Schweller ausgebildet sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Veränderung einer Form und/oder einer mechanischen Eigenschaft eines oben beschriebenen Bauelements, wobei zur Formänderung, insbesondere zur Vergrößerung und/oder zur Erhöhung einer Festigkeit, insbesondere Druckfestigkeit und Biegezugfestigkeit, das Strukturbauteil mit einem Fluid mit einem definierten Druck und/oder mit einer definierten Menge befüllt wird. Sofern das Strukturbauteil einen Formkörper aufweist, der eine äußere Hülle bildet, ist es möglich, eine Festigkeit des Strukturbauteil gezielt zu ändern, wobei die Beaufschlagung des Strukturbauteils durch ein Fluid, insbesondere durch Druckluft, die Festigkeit mit zunehmendem Druck des Fluides zunimmt. Dadurch ist es möglich, ein Strukturbauteil mit konstanten Außenabmessungen so zu verwenden, dass die Festigkeit des Strukturbauteils je nach aktueller Belastung desselben gezielt einstellbar und/oder regelbar ist.
Bevorzugt wird der Hohlraum des Strukturbauteiles in Abhängigkeit von zumindest einer vorgebbaren Bedingung befüllt. Beispielsweise wird der Hohlraum durch Betätigen eines mit der Fluidzufuhr gekoppelten Bedienelementes, also manuell, befüllt. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum durch automatische Aktivierung der Fluidzufuhr befüllt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung eines Strukturbauteiles,
2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung eines thermoplastischen Formkörpers im nichtmontierten Zustand,
3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles mit dem Formkörper,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles mit dem Formkörper mit verschiedenen Funktionseinheiten,
5 schematisch eine perspektivische Ansicht des Strukturbauteiles mit dem Formkörper in einer alternativen Ausführungsform,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht von zwei Strukturbauteilen in der alternativen Ausführungsform als Aufnahmeeinheit für einen elektrischen Energiespeicher,
7 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles mit dem Formkörper und einem Heizelement,
8 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles mit einer Außenhülle,
9 schematisch eine perspektivische Ansicht für eine Anwendung mit zwei Strukturbauteilen und
10 schematisch ein Fahrzeug mit einer eine Anzahl von Strukturbauteilen umfassenden Dachbox.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung eines Strukturbauteiles 1, welches eine Anzahl von Seitenwänden 1.1, 1.2 und eine Anzahl von Abstandsfäden 1.3, 1.4 umfasst. Das Strukturbauteil 1 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei zwischen den Seitenwänden 1.1, 1.2 ein Hohlraum H, in welchem die Abstandsfäden 1.3, 1.4 verlaufen, gebildet ist. Dabei ist der Hohlraum H mit einem Fluid, beispielsweise einem Feuerlöschgas, befüllt.
Die Anzahl der Abstandsfäden 1.3, 1.4 umfasst eine erste Anzahl von Abstandsfäden 1.3 und eine zweite Anzahl von Abstandsfäden 1.4, die jeweils vorgegeben ist, wobei die erste Anzahl, insbesondere im befüllten Zustand des Hohlraumes H, im Wesentlichen vertikal verlaufende Abstandsfäden 1.3 und die zweite Anzahl im Wesentlichen horizontal verlaufende Abstandsfäden 1.4 umfasst.
Die Enden der vertikal verlaufenden Abstandsfäden 1.3 sind mit im Wesentlichen horizontal angeordneten Seitenwänden, 1.1 und die Enden horizontal verlaufender Abstandsfäden 1.4 sind mit im Wesentlichen vertikal angeordneten Seitenwänden 1.2 verbunden.
Bei den Seitenwänden 1.1, 1.2 handelt es sich bevorzugt um flächige Gewebe oder andere geeignete flächige Textilien und/oder Materialien, welche mit einer fluiddichten Beschichtung versehen sind. Mittels der fluiddichten, insbesondere luftdichten Beschichtung der Seitenwände 1.1, 1.2, ist der Hohlraum H fluiddicht ausgeführt.
Die Abstandsfäden 1.3, 1.4 sind als hochfeste Garne ausgebildet und mit den Seitenwänden 1.1, 1.2 fest verankert.
Mittels der Abstandsfäden 1.3, 1.4 sind sowohl die gegenüberliegenden horizontal angeordneten Seitenwände 1.1 als auch die vertikal angeordneten Seitenwände 1.2 im befüllten Zustand des Hohlraumes H in einem durch die Länge der jeweiligen Abstandsfäden 1.3, 1.4 vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet.
Da die Seitenwände 1.1, 1.2 vorzugsweise vergleichsweise flexibel ausgeführt sind, dienen die Abstandsfäden 1.3, 1.4 im befüllten Zustand des Hohlraumes H mit einem Fluid zur Stabilisierung der Seitenwände 1.1, 1.2.
Zudem werden beim Befüllen oder im befüllten Zustand mittels der Abstandsfäden 1.3, 1.4 Kräfte gleichmäßig auf die Seitenwände 1.1, 1.2 verteilt, wobei die Abstandsfäden 1.3, 1.4 ein Ausbeulen der Seitenwände 1.3, 1.4 bei vergleichsweise hohen wirkenden Drücken verhindern.
Beispielsweise ist der mittels der Seitenwände 1.1, 1.2 gebildete Hohlraum H mit einer Fluidzufuhr gekoppelt oder koppelbar, so dass es möglich ist, den Hohlraum H und somit das Strukturbauteil 1 bei Bedarf zu befüllen.
Ein derart ausgebildetes Strukturbauteil 1 ist insbesondere im mit einem Fluid befüllten Zustand vergleichsweise leicht und vergleichsweise flexibel und dadurch zumindest abschnittsweise formschlüssig in einem Bauraum anordbar bzw. an ein Bauteil anschmiegsam. Dabei kann der Hohlraum H mit verschiedenen Fluiden, beispielsweise mit einem Feuerlöschgas, befüllt werden, wobei eine Eigenschaft eines solchen Strukturbauteiles 1 darin besteht, dass dieses zumindest vibrationshemmend ist.
Beispielsweise weist das derart ausgebildete Strukturbauteil 1 eine hohe Traglast bei vergleichsweise geringem Innendruck auf, so dass das Strukturbauteil 1 bei entsprechenden Abmessungen als Lkw-Tragplattform für Lasten, z. B. bis zu 40 t, mit einem Innendruck von 0,5 bar ausgebildet sein kann. Dabei beträgt eine Höhe der vertikal angeordneten Seitenwände 1.2 beispielsweise 8 cm.
Denkbar ist auch, dass die Seitenwände 1.1, 1.2 verhältnismäßig steif, beispielsweise durch einen faserverstärkten Verbundwerkstoff, ausgebildet sind.
Eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung eines zweiteilig ausgebildeten thermoplastischen Formkörpers 2, welcher die Seitenwände 1.1, 1.2 des Strukturbauteiles 1 zumindest abschnittsweise umgibt, ist in 2 gezeigt. Dabei umgibt der thermoplastische Formkörper 2 die Seitenwände 1.1, 1.2 vorzugsweise vollumfänglich.
Der thermoplastische Formkörper 2 ist aus einem Verbundwerkstoff gebildet, welcher bevorzugt aus einem Gestrick und/oder einem Gewebe gebildet ist. Der dargestellte thermoplastische Formkörper 2 ist aus Polyethylentherephthalat und Polypropylen gebildet, wobei das Polyethylentherephthalat als hochschmelzendes Fasermaterial verwendet wurde und der Verstärkung dient und wobei das Polypropylen als niedrigschmelzendes Fasermaterial verwendet wurde und als Matrix dient. Die Herstellung des thermoplastischen Formkörpers 2 erfolgte bei einer Temperatur, die zwischen der Schmelztemperatur des Polyethylentherephthalats und der Schmelztemperatur des Polypropylens liegt.
Mittels Druck und Erwärmung, z. B. auf 180°C einer Form, in welche die vorgenannten Komponenten des Verbundwerkstoffs eingefüllt sind, wurde der thermoplastische Formkörper 2 ausgeformt.
In Abhängigkeit einer Funktion und eines Bauraumes, in welchem das Strukturbauteil 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2 anordbar ist, können Anbauelemente an dem thermoplastischen Formkörper 2 angeformt, ausgeformt und/oder angeordnet sein.
Wie oben beschrieben, besteht der thermoplastische Formkörper 2 aus einem Oberteil 2.1 und einem Unterteil 2.2. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 2 sind an dem thermoplastischen Formkörper 2 umlaufend Stege S ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich können als Anbauelemente Laschen und/oder Winkel angeformt, ausgeformt und/oder angeordnet sein.
In Abhängigkeit der Materialauswahl zur Herstellung des thermoplastischen Formkörpers 2 sind eine Dicke, optische und/oder haptische Oberflächengestaltungen sowie ein mechanisches Verhalten mit und ohne Fluidbeaufschlagung einstellbar.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2, wobei der Hohlraum H des Strukturbauteiles 1 befüllt ist.
Zur Anordnung des Strukturbauteiles 1 in dem thermoplastischen Formkörper 2 ist das Oberteil 2.1 von dem Unterteil 2.2 abnehmbar, so dass das Strukturbauteil 1 in das Unterteil 2.2 einlegbar ist. Nach dem Einlegen ist das Oberteil 2.1 auf dem Unterteil 2.2 anordbar. Bevorzugt sind das Oberteil 2.1 und das Unterteil 2.2 form-, stoff- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden.
Besonders bevorzugt sind das Oberteil 2.1 und das Unterteil 2.2 derart miteinander verbunden, dass das Strukturbauteil 1, beispielsweise wegen einer Beschädigung, zerstörungsfrei aus dem thermoplastischen Formkörper 2 entnehmbar ist.
Das fluiddichte befüllte Strukturbauteil 1 stellt einen Stabilisator des thermoplastischen Formkörpers 2 dar, wobei eine Fluidzufuhr und auch eine Fluidabfuhr mit dem Hohlraum H des Strukturbauteiles 1 gekoppelt ist. Insbesondere ist die Fluidzufuhr und auch -abfuhr in eine nicht näher dargestellte frontseitige und/oder endseitige Seitenwand des Strukturbauteiles 1 integriert.
In 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2 dargestellt, wobei verschiedene Funktionsbauteile in den Hohlraum H integriert sind.
Als Funktionsbauteile sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei Fluidleitungen 3 und mit einem Textil ummantelte Kabelbäume 4 in das Strukturbauteil 1 integriert.
Alternativ oder zusätzlich können weitere Funktionsbauteile, beispielsweise textile Temperatur-, Feuchte-, Dehnungs- und/oder Drucksensoren zur Parameterbestimmung und -Überwachung sowie Leitungen mit Gas zum Flammenschutz in den Hohlraum H und somit in das Strukturbauteil 1 integriert sein.
Eine alternative Ausführungsform des Strukturbauteiles 1 mit thermoplastischen Formkörper 2 ist in einer perspektivischen Ansicht in 5 gezeigt.
Dabei ist das Strukturbauteil 1 als in Bezug auf den thermoplastischen Formkörper 2 innenliegendes mit Luft und/oder einem anderen Fluid befülltes Kissen ausgeführt. Das Kissen als Strukturbauteil 1 ist randseitig von dem thermoplastischen Formkörper 2, welcher gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Rahmen ausgebildet ist, eingefasst.
Durch die Befüllung des Strukturbauteiles 1 ist eine Steifigkeit desselben als dämpfendes System variabel einstellbar.
Bei dem Strukturbauteil 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2 gemäß 4 handelt es sich um ein gewichtsmäßig verhältnismäßig leichtes Bauelement mit einem durch den thermoplastischen Formkörper gebildeten Verbundrahmen, welches bzw. welcher den entsprechenden Erfordernissen angepasst werden kann.
Beispielsweise bildet das Strukturbauteil 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2 ein tragfähiges Luftkissen mit festem Rahmen, welches zur komfortablen Lagerung einer Komponente oder mehrerer Komponenten verwendet werden kann.
6 zeigt die Verwendung der alternativen Ausführungsform des Strukturbauteiles 1 mit dem thermoplastischen Formkörper 2 als Aufnahmeeinheit für eine als elektrischen Energiespeicher 5 ausgeführte Komponente, insbesondere eines in 10 dargestellten Fahrzeuges 6.
Dabei ist die Aufnahmeeinheit aus zwei Strukturbauteilen 1 mit jeweils einem Rahmen als thermoplastischer Formkörper 2 gebildet, um den elektrischen Energiespeicher 5 vergleichsweise schwingungsarm zu lagern. Dabei ist ein Strukturbauteil 1 mit thermoplastischen Formkörper 2 in Bezug auf den elektrischen Energiespeicher 5 kopfseitig und ein weiteres Strukturbauteil 1 mit thermoplastischen Formkörper 2 fußseitig angeordnet, wobei die thermoplastischen Formkörper 2 einen Aufnahmerahmen bilden, deren Abmessungen vorzugsweise mit Abmessungen des Umfanges des elektrischen Energiespeichers 5 korrespondieren.
In einer möglichen Ausbildung kann zumindest ein Strukturbauteil 1, vorzugsweise das kopfseitig angeordnete, mit einem zur Klimatisierung des elektrischen Energiespeichers 5 dienenden Fluids oder mit Luft gefüllt sein.
Beispielsweise kann die von dem elektrischen Energiespeicher 5 abgeführte Wärme zur weiteren Nutzung, beispielsweise zur Innenraumheizung des Fahrzeuges 6, verwendet werden.
Vorzugsweise ist das Strukturbauteil 1 mit einer Fluidzufuhr gekoppelt, so dass das Strukturbauteil 1 im Gefahrenfall, insbesondere bei einer erfassten, dem Fahrzeug 6 bevorstehenden oder bei einer erfassten Kollision des Fahrzeuges 6 schlagartig mit einem Fluid befüllbar ist. Beispielsweise wird der Innendruck des jeweiligen Strukturbauteiles 1 in einem Verhältnis von 1:10 erhöht.
Bevorzugt ist die Fluidzufuhr pyrotechnisch auslösbar, so dass die schlagartige Erhöhung des Innendruckes des jeweiligen Strukturbauteiles 1 realisierbar ist.
Eine Schnittdarstellung einer perspektivischen Ansicht des Strukturbauteiles 1 mit dem Formkörper 2 ist in 7 dargestellt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist ein das Strukturbauteil 1 ummantelndes Heizelement 7 zwischen dem Strukturbauteil 1 und dem thermoplastischen Formkörper 2 angeordnet.
Dabei kann das Heizelement 7 sowohl zur Temperierung, insbesondere Erwärmung, des in dem Hohlraum H eingefüllten Fluids als auch zur Temperierung, insbesondere Erwärmung, des thermoplastischen Formkörpers 2, welcher dadurch seine unmittelbare Umgebung temperieren kann, vorgesehen sein.
Zusätzlich kann in das Heizelement 7 ein textiler Sensor, z. B. ein Temperatursensor, integriert sein.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schnittdarstellung des Strukturbauteiles 1 mit einer Außenhülle 8.
Die Außenhülle 8 ist aus einem Schlauchgewebe gebildet und weist im Wesentlichen die Form des Strukturbauteiles 1 auf, wobei Seitenwände der Außenhülle 8 zu den Seitenwänden 1.1, 1.2 des Strukturbauteiles 1 beabstandet sind.
Durch die Beabstandung der Seitenwände 1.1, 1.2 des Strukturbauteiles 1 zu den Seitenwänden der Außenhülle 8 ist ein Zwischenraum Z gebildet, welcher mit einem Fluid, beispielsweise Luft und/oder einer Flüssigkeit, befüllbar ist.
Das in dem Zwischenraum Z strömende und/oder das den Zwischenraum Z durchströmende Fluid ist zur Temperierung, insbesondere Kühlung, vorgesehen.
Dadurch, dass sowohl die Seitenwände 1.1, 1.2 des Strukturbauteiles 1 als auch die Seitenwände 8.1, 8.2 der Außenhülle 8, insbesondere in Form des Schlauchgewebes, vergleichsweise flexibel ausgebildet sind, passt sich das Strukturbauteil 1 mit der Außenhülle 8 konturgenau dem Verwendungszweck entsprechend an und kann beispielsweise insbesondere oder gleichzeitig zur Polsterung verwendet werden.
Alternativ dazu können bzw. kann das Strukturbauteil 1 und/oder die Außenhülle 8 mit thermoplastischen Verbundelementen kombiniert werden, wodurch die Flexibilität verringert wird und dadurch keine konturgenaue Anpassung möglich ist.
In 9 ist eine perspektivische Ansicht mit zwei nicht erfindungsgemäßen Strukturbauteilen 1 dargestellt.
Dabei ist kein thermoplastischer Formkörper 2 vorgesehen, so dass das Strukturbauteil 1 flexibel anpassbar und in Bezug auf seine Form entsprechend den Erfordernissen veränderbar ist.
Beispielsweise kann das Strukturbauteil 1 als Stütz- und/oder Isolationselement verwendet werden, wobei der Hohlraum H des Strukturbauteiles 1 mit einem Fluid, beispielsweise Luft und/oder einer Flüssigkeit, z. B. zum Wärmetransport, befüllbar ist.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei solcher Strukturbauteile 1 dargestellt, wobei zwischen diesen und auf einem dieser Wärmeleitelemente 9, insbesondere Wärmetauschelemente, angeordnet sind.
Beispielsweise ist die den Wärmeleitelementen 9 zugeführte Wärme an die Strukturelemente 1 abführbar, wobei alternativ dazu die den Strukturelementen 1 zugeführte Wärme an die Wärmeleitelemente 9 weiterleitbar ist.
Alternativ oder zusätzlich zu den Wärmeleitelementen 9 kann das Strukturelement 1 oder können die Strukturelemente 1 mittels Oberflächenmodifikation mit verhältnismäßig flexiblen und metallischen Beschichtungen, vorzugsweise zur Wärmeleitung, insbesondere Wärmeabfuhr, versehen werden.
Eine weitere Verwendung des Strukturbauteiles 1 ist in 10 dargestellt.
Insbesondere ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Fahrzeug 6 mit einer eine Anzahl von Strukturbauteilen 1 umfassenden Dachbox 10, gezeigt.
Die Strukturbauteile 1 sind mit einer Fluidzufuhr und einer Fluidabfuhr gekoppelt, so dass es möglich ist, das jeweilige Strukturbauteil 1 mit einem Fluid zu befüllen und wieder zu entleeren.
Die Dachbox 10 ist aus einem vergleichsweise flexiblen Dachelement 10.1, zwei Strukturbauteilen 1 und zwei ebenfalls vergleichsweise flexiblen Seitenelementen 10.2 gebildet.
Insbesondere ist auch ein nicht gezeigtes Bodenelement vorgesehen, welches sich über einen vorgegebenen Bereich eines Fahrzeugdaches 6.1 erstreckt und eine Grundfläche der Dachbox 10 darstellt. Die Seitenelemente 10.2 sind bevorzugt einteilig mit dem Bodenelement ausgebildet.
Die Strukturbauteile 1 sind mit einem Ende mit dem Bodenelement und mit dem anderen Ende mit dem Dachelement 10.1 verbunden. Dabei sind die Strukturbauteile 1 in Richtung der Längsachse x des Fahrzeuges 6 in einem vorgegebenen Abstand zueinander hintereinander angeordnet.
Im nichtbenötigten Zustand der Dachbox 10 liegen das Dachelement 10.1, die Strukturbauteile 1 und die zwei Seitenelemente 10.2 flach auf dem Fahrzeugdach 6.1 auf. Dabei sind die Seitenelemente 10.2 zwischen dem Bodenelement und dem Dachelement 10.1 angeordnet.
Wird die Dachbox 10 beispielsweise zum Verstauen von Wintersportgeräten, benötigt, ist die Fluidzufuhr aktivierbar, so dass die Strukturbauteile 1 mit einem Fluid, insbesondere Luft, befüllbar sind. Beispielsweise ist die Fluidzufuhr durch Betätigen eines im Fahrzeug 6 angeordneten Bedienelementes aktivierbar.
Durch das Befüllen richten sich die Strukturbauteile 1 auf, so dass das Dachelement 10.1 angehoben wird. Die Seitenelemente 10.2 sind ausklappbar, so dass in dem zwischen Bodenelement und Dachelement 10.1 gebildeten Stauraum beispielsweise die Wintersportgeräte anordbar sind.
Zum Verschließen der Dachbox 10 ist in einer möglichen Ausführung ein Reißverschluss vorgesehen, mittels dessen die Seitenelemente 10.2 an dem Dachelement 10.1 befestigbar sind und die Dachbox 10 somit geschlossen ist.
Zusätzlich oder alternativ können auch andere Verschlusselemente zum Schließen der Dachbox 10 vorgesehen sein.
Wird die Dachbox 10 nicht mehr benötigt, wird die Fluidabfuhr aktiviert, so dass die Strukturbauteile 1 entleert werden und die Dachbox 10 zusammengefaltet auf dem Fahrzeugdach 6.1 anordbar ist. Insbesondere sind hierzu Fixiermittel vorgesehen, so dass das Dachelement 10.1 und die Seitenelemente 10.2 an dem Fahrzeugdach 6.1 und/oder dem Bodenelement sicher fixierbar sind.
In einer alternativen Ausführungsform ist ein solches Strukturbauteil 1 mit oder ohne thermoplastischen Formkörper 2 auch als Aufprallschutz in Form einer Stoßfängereinheit oder zumindest einer Stoßstange und/oder eines Seitenschwellers eines Fahrzeuges 6 einsetzbar.
Wird zumindest ein solches Strukturbauteil 1 beispielsweise zur Aufprallabsorption am Fahrzeug 6 angeordnet, so dass eine herkömmliche Aufprallvorrichtung ersetzt ist, ist ein Gesamtgewicht des Fahrzeuges 6 verringerbar. Durch die Verringerung des Gesamtgewichtes kann wiederum ein Kraftstoffverbrauch verringert werden, wodurch sich ein CO₂-Ausstoß des Fahrzeuges reduziert und somit ein Beitrag zum Umweltschutz geleistet werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Strukturbauteil
1.1: horizontal angeordnete Seitenwand
1.2: vertikal angeordnete Seitenwand
1.3: vertikal verlaufende Abstandsfäden
1.4: horizontal verlaufende Abstandsfäden
2: Formkörper
2.1: Oberteil
2.2: Unterteil
3: Fluidleitung
4: Kabelbaum
5: elektrischer Energiespeicher
6: Fahrzeug
6.1: Fahrzeugdach
7: Heizelement
8: Außenhülle
9: Wärmeleitelement
10: Dachbox
10.1: Dachelement
10.2: Seitenelement
H: Hohlraum
S: Steg
Z: Zwischenraum
x: Fahrzeuglängsachse

Claims

Bauelement, - aufweisend ein Strukturbauteil (1) mit zumindest einem befüllbaren Hohlraum (H), aufweisend eine erste Anzahl von Abstandsfäden (1.3) zur Beabstandung eines ersten Paares gegenüberliegender Seitenwände (1.1) und eine zweite Anzahl von Abstandsfäden (1.4) zur Beabstandung eines zweiten Paares gegenüberliegender Seitenwände (1.2), wobei die Seitenwände (1.1, 1.2) zur Ausbildung des befüllbaren Hohlraumes (H) mit einer fluiddichten Beschichtung versehen sind und wobei die Abstandsfäden (1.3, 1.4) mit jeweils einem Ende an einer Innenseite einer der Seitenwände (1.1, 1.2) befestigt sind, und - einen Formkörper (2), welcher die Seitenwände (1.1, 1.2) zumindest abschnittsweise umgebend angeordnet ist, wobei der Formkörper (2) ein separates Bauteil ist, welches außerhalb der Seitenwände (1.1, 1.2) angeordnet ist und wobei Innenabmessungen des Formkörpers (2) mit Außenabmessungen eines Bauteiles, das aus mit einem Fluid vollständig gefüllten Seitenwänden (1.1, 1.2) gebildet ist, korrespondieren, wobei der Formkörper (2) aus einem thermoplastischen Werkstoff gebildet ist und wobei das Strukturbauteil (1) einen im befüllten Zustand rechteckigen Querschnitt aufweist, welcher durch das erste Paar gegenüberliegender Seitenwände (1.1) und das zweite Paar gegenüberliegender Seitenwände (1.2) gebildet ist.
Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (H) mit einer Fluidzufuhr gekoppelt oder koppelbar ist.
Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anzahl von Abstandsfäden (1.3) eine erste Länge und die zweite Anzahl von Abstandsfäden (1.4) eine zweite Länge aufweisen.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (2) aus Polyethylentherephthalat und Polypropylen gebildet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (2) zweiteilig ausgebildet ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (2) zumindest abschnittsweise eine inhomogene Struktur aufweist, welche durch abschnittsweise unterschiedliche Temperatur und/oder durch abschnittsweise unterschiedlichen Pressdruck hergestellt ist.
Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Erfassungseinheit, zumindest eine elektrische Leitung, zumindest eine Fluidleitung (3) und/oder zumindest ein Heizelement (7) integriert sind bzw. ist.
Verwendung eines Bauelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Aufnahmeeinheit für einen elektrischen Energiespeicher (5) eines Fahrzeuges (6) und/oder als Träger einer Dachbox (10) für das Fahrzeug (6).
Verfahren zur Veränderung einer Form und/oder einer mechanischen Eigenschaft eines Bauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Formänderung und/oder zur Erhöhung einer Festigkeit das Strukturbauteil (1) mit einem Fluid mit einem definierten Druck und/oder mit einer definierten Menge befüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlraum (H) des Strukturbauteiles (1) in Abhängigkeit von zumindest einer vorgebbaren Bedingung befüllt wird.