DE102020003200A1

DE102020003200A1 - Sandwichbauteil

Info

Publication number: DE102020003200A1
Application number: DE102020003200.1A
Authority: DE
Inventors: Asmir Salkic
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2020-08-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sandwichbauteil (1) mit wenigstens zwei Deckplatten (2, 3) und mit wenigstens einem dazwischenliegenden papierbasierten Kern (4).Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) aus elektrisch leitfähigem Papier (6) ausgebildet ist, welches über wenigstens eine gummiartige temperatursensitive Klebstoffschicht (5) mit wenigstens einer der Deckplatten (2, 3) verbunden ist, und welches über elektrische Leistung beheizbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sandwichbauteil nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Sandwichbauteil.
Gattungsgemäße Sandwichbauteile, insbesondere auch für den Einsatz in Fahrzeugen, sind beispielsweise aus der DE 10 2010 005 456 A1 bekannt. Das dortige Sandwichbauteil besteht aus einem Wabenkern aus Papier, welcher zwischen Deckschichten oder Deckplatten aus thermoplastischem Kunststoff eingebracht ist. Der Vorteil ist ein sehr leichtes und dennoch stabiles Bauteil, welches in verschiedenen Formen einfach, effizient und kostengünstig hergestellt werden kann.
Problematisch bei Fahrzeugen ist es immer, dass von Bauteilen zusätzlich zu ihren strukturellen Eigenschaften und ihrer Tragfähigkeit zusätzliche Funktionen ausgehen sollten. Sandwichbauteile sollen beispielsweise biegesteif sein und gleichzeitig wärmeisolierende und/oder akustisch isolierende Strukturen realisieren. Aus diesem Grund beschreibt die US 10,166,737 B2 ein Strukturbauteil, welches zusätzlich zu einer Wabenstruktur eine Schicht mit schallabsorbierenden und wärmeisolierenden Eigenschaften aufweist. Der Aufbau weist dabei konstruktiv vorgegebene Werte hinsichtlich seiner isolierenden und adsorbierenden Eigenschaften auf, welche ohne eine Veränderung der Konstruktion des Bauteils konstant bleiben. Die Eigenschaften können also im fertigen Bauteil nicht mehr verändert werden, was letztlich zu einem lediglich starren und damit relativ unflexiblen Einsatzzweck des entsprechenden Bauteils führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Sandwichbauteil anzugeben, welches insbesondere die oben genannten Nachteile vermeidet und hoch flexible wärme- und/oder schallisolierende Eigenschaften ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Sandwichbauteil mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Bauteil ist es so, dass dieses wenigstens zwei Deckschichten aufweist, zwischen welchen ein papierbasierter Kern angeordnet ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist bei dem erfindungsgemäßen Sandwichbauteil dieser Kern aus einem elektrisch leitfähigen Papier ausgebildet, welches über eine gummiartige temperaturabhängige Klebstoffschicht mit den Deckplatten verbunden ist, und welches über elektrische Leistung beheizbar ist.
Das elektrisch leitende Papier selbst ist dabei relativ leicht bzw. weist eine relativ geringe Masse und Wärmekapazität auf, sodass es bei einer elektrischen Beheizung, beispielsweise durch angebundene flache Leitungen außerordentlich schnell, dynamisch, energiesparend und in der Fläche des Papiers homogen aufgeheizt werden kann. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz als beheiztes Sandwichbauteil. Durch eine gezielte Erwärmung des Kerns aus elektrisch leitfähigem Papier wird außerdem dafür gesorgt, dass der gummiartige elastische und temperaturabhängige Klebstoff in seinen Eigenschaften verändert wird. Dieser Klebstoff ist zwischen wenigstens einer der Deckplatten und dem Kern angeordnet. Die andere Deckplatte kann herkömmlich verklebt sein. Vorzugsweise sind jedoch beide Deckplatten mit jeweils einer Schicht des gummiartigen elastischen und temperaturabhängigen Klebstoffs mit dem Kern verklebt. Insbesondere ist dieser gummiartige Klebstoff so ausgebildet, dass mit zunehmender Erwärmung die viskos elastischen und viskos plastischen Anteile in dieser Klebstoffschicht immer größer werden. Dadurch lässt sich Körperschall in dem Sandwichbauteil immer besser absorbieren bzw. die Deckschichten lassen sich bezüglich des Körperschalls voneinander abkoppeln. Mit einer Temperaturveränderung durch eine Beheizung oder das Einstellen der Beheizung des elektrisch leitfähigen Papiers im Kern des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils lässt sich so das NVH-Verhalten des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils aktiv steuern. (NVH: Noise Vibration Harshness).
Beim bevorzugten Einsatz eines derartigen Sandwichbauteils, beispielsweise im Dach- oder Bodenbereich eines Fahrzeugs lässt sich nun eine entsprechende Einstellung wählen und beispielsweise nach Wunsch einer das Fahrzeug steuernden Person einen Komfortmodus mit weitgehender Schallisolierung oder einen Sportmodus mit einer Übertragung gewünschter Schallfrequenzen in den Innenraum zu ermöglichen.
Die Bauteile selbst sind dabei einfach, effizient und kostengünstig zu realisieren. Das Sandwichbauteil lässt sich damit leicht, aber dennoch sehr druckstabil ausbilden, insbesondere wenn gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils der Kern aus dem elektrisch leitfähigen Papier zu aufeinander folgenden im Querschnitt trapezförmigen oder dreieckigen Strukturen gefaltet ist, welche dann geradlinig oder ein- bzw. mehrfach abknickend durch das Bauteil verlaufen. Ein solches Bauteil hat eine hohe Druckfestigkeit und ein ideales Crashverhalten, was wiederum beim bevorzugten Einsatz in einem Fahrzeug entscheidend ist. Ebenso der Leichtbau ist vor allem für Fahrzeugeinsätze von Vorteil, da er letzten Endes zu einer Energieeinsparung in dem Fahrzeug führt. Dabei ist außerdem ein minimaler Werkstoffverbrauch gewährleistet, sodass das erfindungsgemäße Sandwichbauteil außerordentlich nachhaltig hergestellt werden kann.
Das elektrisch leitfähige Papier für den Kern des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils kann gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee dadurch erreicht werden, dass homogen verteilte geschnittene Kohlenstofffasern in das Papier eingebettet werden, um so eine elektrische Leitfähigkeit zu erreichen. Flache Leiterbahnen, insbesondere aus Kupfer, können dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Idee entlang der Seitenkanten des Papiers oder entlang von Falzen des Papiers angeordnet und mit diesen verbunden sein.
Die gummiartige temperaturabhängige Klebstoffschicht kann vorzugsweise in einer Dicke von 0,3 bis 1 mm ausgebildet sein, um so einerseits eine gute Anhaftung und Stabilität des Sandwichbauteils zu gewährleisten und andererseits genug Materialstärke aufzuweisen, um durch eine aktive Ansteuerung der Temperatur des Papierkerns die Übertragungseigenschaften, insbesondere hinsichtlich Vibrationen und Körperschall sowie Umgebungsgeräuschen anpassen zu können.
Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils sieht es dabei vor, dass eine der Deckplatten wärmeleitende und die andere der Deckplatten wärmeisolierende Eigenschaften aufweist. Eine solche Anordnung einer Deckplatte mit wärmeisolierenden Eigenschaften auf der einen Seite des Papierkerns und wärmeleitenden Eigenschaften auf der anderen Seite des Papierkerns erlaubt es nun außerdem, Wärme, welche in dem Papierkern entsteht, auch zur Beheizung zu nutzen, indem diese Wärme gezielt auf der einen Seite des Sandwichbauteils abgegeben wird.
Wie bereits mehrfach erwähnt kann die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Sandwichbauteil umfassen. Dieses kann insbesondere im Dachbereich angeordnet sein, und kann so neben der Möglichkeit der aktiven Steuerung seiner Übertragungseigenschaften auch als Heizung dienen, wobei in diesem Fall die wärmeleitende Schicht gemäß der oben beschriebenen sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils in Richtung des Fahrgastraums und die wärmeisolierende Schicht in Richtung der Umgebung des Fahrzeugs angeordnet ist. Dies ermöglicht einen sehr einfachen und effizienten Einsatz des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils in einem Fahrzeug, um die oben bereits genannten vorteilhaften Eigenschaften, insbesondere für den Fahrzeugeinsatz, zu erreichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Sandwichbauteils ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt sind.
Dabei zeigen:

1 schematischer Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Sandwichbauteils in einer möglichen Ausgestaltung gemäß der Erfindung;
2 dreidimensionale Ansicht eines Ausschnitts des Kerns des Sandwichbauteils gemäß 1 in einer ersten möglichen Ausgestaltung;
3 dreidimensionale Ansicht eines Ausschnitts des Kerns des Sandwichbauteils gemäß 1 in einer zweiten möglichen Ausgestaltung; und
4 eine dreidimensionale Ansicht einer alternativen Möglichkeit, den Kern für ein erfindungsgemäßes Sandwichbauteil zu falten.

In der Darstellung der 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichnetes Sandwichbauteil in einem Ausschnitt zu erkennen. Es besteht im Wesentlichen aus einer ersten Deckplatte 2 und einer zweiten Deckplatte 3, zwischen welchen ein Kern 4 aus Papier angeordnet und über zumindest eine, insbesondere zwei, Klebstoffschichten 5 mit den Deckplatten 2, 3 verklebt ausgebildet ist. Der Kern 4 ist aus elektrisch leitfähigem Papier 6 hergestellt, welches durch die Zugabe von geschnittenen weitgehend homogen in dem Papier 6 verteilten Kohlenstofffasern eine elektrische Leitfähigkeit aufweist. Das Papier 6 für den Kern 4 kann beispielsweise in der hier gezeigten Art zu dreieckigen bzw. trapezförmigen Strukturen gefaltet werden, was eine hohe Druckstabilität des Sandwichbauteils 1 ermöglicht.
In der Darstellung der 2 ist der Kern 4 aus dem elektrisch leitfähigen Papier 6 nochmals ohne die Deckplatten 2, 3 und ohne die Klebstoffschichten 5 dargestellt. Das Papier ist hier aus dreieckig bzw. trapezförmig gefalteten aufeinander folgenden Elementen ausgebildet. An den beiden Seitenkanten des elektrisch leitfähigen Papiers 6 sind jeweils flache Kupferleiter 7, 8 eingebettet bzw. aufgeklebt, sodass der Kern 4 mit elektrischer Leistung beaufschlagt werden kann, um diesen entsprechend zu beheizen oder beim Abschalten der elektrischen Energieversorgung sich abkühlen zu lassen. Aufgrund der geringen Masse des Papierkerns 4 ist diese Beheizung bzw. Abkühlung entsprechend der Versorgung mit elektrischer Leistung sehr dynamisch. Aufgrund der temperaturabhängigen Eigenschaften der elastischen gummiartigen Klebstoffschichten 5 lassen sich außerdem durch eine Veränderung der Temperatur die Dämpfungseigenschaften des Sandwichbauteils 1 beeinflussen. Dieses lässt also Körperschall und Vibrationen stärker durch, je kälter es ist und dämpft diese stärker mit zunehmender Temperatur. Dies lässt sich sehr dynamisch steuern, sodass eine aktive Steuerung einfach und effizient möglich ist.
In der Darstellung der 3 ist derselbe Aufbau nochmals gezeigt. Anstelle von an den Seitenkanten des elektrisch leitfähigen Papiers 6 angeordneten elektrischen Leitern 7, 8 sind mehrere elektrische Leiter entlang der Falze des elektrisch leitfähigen Papiers 6 angeordnet. Dabei ist die Funktion jedoch dieselbe.
4 zeigt zum Abschluss eine andere Möglichkeit, das elektrisch leitfähige Papier 6 zu dem Kern 4 zu falten. Das Papier 6 wird dazu mit dreieckigen Strukturen in der Art einer Ziehharmonika aufgefaltet und zur Verbesserung der Stabilität dann in Laufrichtung der einzelnen Falten nochmals abgeknickt und kann so zwischen die Deckplatten 2, 3 eingebracht werden.
Soll das Strukturbauteil 1 außerdem der elektrischen Beheizung dienen, beispielsweise der elektrischen Beheizung eines Fahrzeugs, in dem das Strukturbauteil in dessen Dachbereich angeordnet wird, dann kann die eine Deckplatte 2 vorzugsweise thermisch isolierende Eigenschaften aufweisen und in Richtung der Dachverkleidung oder der Umgebung ausgerichtet sein, und die andere der Deckplatten 3 kann wärmeleitende Eigenschaften aufweisen und in Richtung des Innenraums ausgerichtet sein, um so eine energieeffiziente Beheizung des Innenraums zu ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010005456 A1 [0002]
US 10166737 B2 [0003]

Claims

Sandwichbauteil (1) mit wenigstens zwei Deckplatten (2, 3) und mit wenigstens einem dazwischenliegenden papierbasierten Kern (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (4) aus elektrisch leitfähigem Papier (6) ausgebildet ist, welches über wenigstens eine gummiartige temperatursensitive Klebstoffschicht (5) mit wenigstens einer der Deckplatten (2, 3) verbunden ist, und welches über elektrische Leistung beheizbar ist.
Sandwichbauteil (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische leitfähige Papier (6) in dem Kern (4) zu aufeinander folgenden im Querschnitt trapezförmigen oder dreieckigen Strukturen gefaltet ist.
Sandwichbauteil (1) nach Anspruch oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektrisch leitfähigen Papier (6) homogen verteilte geschnittene Kohlenstofffasern eingebettet sind.
Sandwichbauteil (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass flache Leiterbahnen (7, 8), insbesondere aus Kupfer, entlang der Seitenkanten oder der Falze des elektrischen leitfähigen Papiers (6) angeordnet und mit diesen verbunden sind.
Sandwichbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine gummiartige temperatursensitive Klebstoffschicht (5) so ausgebildet ist, dass diese mit höherer Temperatur weicher wird.
Sandwichbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Klebstoffschicht (5) eine Dicke von 0,3 mm bis 1 mm aufweist.
Sandwichbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Deckplatten (3) wärmeleitende Eigenschaften aufweist, und dass die andere der Deckplatten (2) wärmeisolierende Eigenschaften aufweist.
Fahrzeug mit wenigstens einem Sandwichbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Sandwichbauteil (1) im Dach- und/oder Bodenbereich verbaut ist.