DE4340346A1 - Verwendung und Herstellverfahren für ein Deformationselement im Fahrzeugbau sowie Deformationselement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung und die Herstellung vom Deformationselementen im Fahrzeugbau sowie auf die Ausgestaltung eines solchen Deformations­ elements.

Poröse keramische Materialien sind seit einiger Zeit bekannt. Sie werden vornehmlich bei der Filtration von Primärmetallen und Legierungen eingesetzt, wo die aus­ gezeichnete Wärmeschockfestigkeit, die definierte Hohl­ raumstruktur und die mechanische Stabilität der kerami­ schen Filterelemente genutzt werden. Zur Herstellung von porösen keramischen Werkstoffen mit extremer offe­ ner Porosität werden bevorzugt retikulierte, offenzel­ lige Polyurethan-Schaummaterialien eingesetzt, die ein Porenvolumen von weit über 90% aufweisen können. An­ dere Einstellungen sind problemlos möglich. Nach der Herstellung des Kunststoffschaumes und einer ggf. ge­ wünschten Konfiguration wird dieser in einer kerami­ schen Aufschlämmung (Schlicker) getränkt. Beim an­ schließenden Sintern bei hohen Temperaturen verdampft der polymere Schaumstoff, wodurch eine positive kerami­ sche Nachbildung der offenporigen Schaumstruktur (Strukturkeramik) zurückbleibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Verwendung für eine Strukturkeramik und eine Gerüstke­ ramik aufzuzeigen. Eine weitere Aufgabe besteht in der Schaffung einer Gerüstkeramik sowie einem Verfahren zu ihrer Herstellung.

Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Verwendung einer derartigen Strukturkeramik, eingebettet in Kunst­ stoffschaum, als Deformationselement im Fahrzeugbau vorgeschlagen.

Im Fahrzeugbau sind aus Kunststoffschaum hergestellte Deformationselemente bekannt (beispielsweise aus der EP-A-0 411 979). Die zu diesem Zweck bekannten Schäume, bevorzugt wird ein Polyurethan-Schaum eingesetzt, wei­ sen ein begrenztes Energieabsorptionsvermögen auf. Die­ ses läßt sich wesentlich erhöhen, wenn das Deforma­ tionselement aus in Kunststoffschaum eingebetteter Strukturkeramik besteht. Dadurch werden die Vorteile der beiden Materialien kombiniert. Der hohe E-Modul der keramischen Werkstoffe und die spezielle Struktur füh­ ren dabei zu einem annähernd rechteckigen Verlauf der Kraft-Weg-Kurve. Die bei Verwendung einer reinen Struk­ turkeramik ungünstigen punktuellen Belastungen, die zu Rißbildungen führen, werden durch den Kunststoffschaum flächig verteilt. Der Kunststoffschaum ist durch die Strukturkeramik fixiert, so daß die relativ starke Temperaturabhängigkeit des Kunststoffschaumes über die temperaturunempfindliche Strukturkeramik kompensiert wird. Versuche haben gezeigt, daß durch den neuen Ver­ bund eine über doppelt so hohe Energieabsorption mög­ lich ist. Die Verwendung im Fahrzeugbau ist besonders dort vorteilhaft, wo es wie beispielsweise bei Seiten­ türen darauf ankommt, trotz geringem Bauraum ein hohes Maß an Energieabsorption zu erreichen.

Gleichermaßen vorteilhaft ist die Verwendung eines in Kunststoffschaum eingebetteten keramischen Strukturge­ rüstes (Gerüstkeramik), aufgebaut aus einer Vielzahl ausgerichteter, röhrenförmiger Abschnitte, als Deforma­ tionselement. Je nach Auslegung des keramischen Struk­ turgerüstes können gleich hohe oder gar höhere Kräfte als bei Einsatz von Strukturkeramik umgewandelt werden. Ein höheres Kraftaufnahmevermögen wird dann erzielt, wenn das keramische Strukturgerüst entsprechend der Belastungsrichtung optimiert ist.

Sowohl die poröse Strukturkeramik, als auch die Gerüst­ keramik werden in einen geeigneten Kunststoffschaum von hohem Energieabsorptionsvermögen eingebettet. Als be­ sonders vorteilhaft hat sich in diesem Zusammenhang Polyurethan-Schaum bewährt.

Die vorbeschriebenen Elemente können in einem Schäum­ werkzeug vorgefertigt sein und in die entsprechenden Bauteile des Fahrzeuges lose eingelegt, festgeklemmt oder durch Haltemittel fixiert werden. Neben mechani­ schen Haltemitteln bietet sich die Fixierung mittels eines Klebers an.

Besonders vorteilhaft ist, wenn die Strukturkeramik oder die Gerüstkeramik in ein hohles Bauteil des Fahr­ zeuges eingelegt wird und anschließend der Schäumvor­ gang erfolgt. Dabei durchsetzt der Kunststoffschaum die Keramikstruktur und verbindet sich mit der Innenwandung des Bauteiles. Durch diese Ausgestaltung wird einer Ge­ räuschentwicklung vorgebeugt und insbesondere auch das Bauteil selbst verstärkt. Die Wandung des Bauteils kann deshalb ggf. schwächer ausgeführt sein. Ein in der vor­ beschriebenen Weise verstärktes Bauteil kann nicht nur ein Deformationselement bilden, sondern die Festigkeit in ausgewählten Fahrzeugabschnitten - beispielsweise die vorderen Dachsäulen - wesentlich verstärken (Erhö­ hung der Biege- und Beulsteifigkeit, verbesserte lokale Krafteinleitung).

Zur Schaffung des keramischen Strukturgerüstes wird vorgeschlagen, aus Kunststoffäden bzw. Kunststoffgitter ein Raumgebilde zu schaffen, welches in einem kerami­ schen Schlicker getränkt und anschließend hohen Tempe­ raturen ausgesetzt wird, wobei die Kunststoffäden/-stä­ be eine röhrenförmige Struktur hinterlassend verdamp­ fen. Je nach Aufgabe, Belastung und Einsatzzweck kann das aus Kunststoffäden/-gittern geschaffene Raumgebilde die verschiedensten Strukturen aufweisen. Durch die Kunststoffäden lassen sich in einfacher Weise Gewebe, Gewirke oder andere räumliche Strukturen erzeugen. Auch das Zusammenfügen mehrerer solcher Strukturen zu einem einzigen Raumgebilde ist möglich.

Von Vorteil ist, wenn das Raumgebilde aus Kunststoffä­ den/-gittern eine wellenförmige Platte bildet. Bevor­ zugt umfaßt das Raumgebilde mehrere übereinander ange­ ordnete, versetzt ausgerichtete, wellenförmige Plat­ tenelemente. Diese Struktur weist ein besonders hohes Energieabsorptionsvermögen in einer Richtung senkrecht zu den Platten auf. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 ein Kraft-Weg-Diagramm und

Fig. 2 ein keramisches Strukturgerüst, gebildet aus übereinander angeordneten, versetzt ausgerich­ teten, wellenförmigen Platten.

Das in Fig. 1 dargestellte Diagramm ist bei der Druck­ prüfung von zwei gleich großen Platten entstanden, wo­ bei eine erste, nur aus Polyurethan-Schaum bestehende Platte (Kurve 1) und eine Polyurehtan-Schaum-Platte mit Schaumkeramik verstärkt, (Kurve 2) geprüft wurden. Wie aus dem Diagramm unmittelbar ersichtlich, kann durch die mit eingebetteter Schaumkeramik versehene Platte wesentlich mehr Umformungsarbeit leisten als dies bei der nur aus Polyurethan-Schaum bestehende Platte mög­ lich ist.

Fig. 2 zeigt ein keramisches Strukturgerüst 3, gebildet durch fünf übereinander angeordneten wellenförmigen Platten 4. Die Platten sind jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet. Die Platten selbst wurden herge­ stellt, indem ein Gewebe aus Kunststoffäden oder ein Kunststoffgitter in die Wellenform gebracht und mehrere derartige Platten übereinander angeordnet wurden. An­ schließend erfolgte ein Tränken dieses Raumgebildes in einem keramischen Schlicker mit einem anschließenden Sinterprozeß bei hohen Temperaturen. Dabei verdampften die Kunststoffäden und hinterließen das dargestellte keramische Strukturgerüst.

Claims (9)

1. Verwendung von in Kunststoffschaum eingebetteter, aus einem Schaumkörper hergestellter Strukturkeramik als Deformationselement im Fahrzeugbau.

2. Verwendung eines in Kunststoffschaum eingebetteten keramischen Strukturgerüstes (Gerüstkeramik), aufge­ baut aus einer Vielzahl röhrenförmiger Abschnitte, als Deformationselement im Fahrzeugbau.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoffschaum ein Polyurethan- Schaum ist.

4. Verfahren zur Herstellung des Deformationselements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Struktur-/Gerüstkeramik in ein hohles Bauteil eingelegt wird und anschließend der Schäumvorgang erfolgt, bei dem der Kunststoffschaum die Struktur-/Gerüstkeramik durchsetzt und sich mit der Innenwandung des Bauteils verbindet.

5. Verfahren zur Herstellung des Deformationselements nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Struktur-/Gerüstkeramik in ein Werkzeug eingelegt wird, anschließend der Schäumvor­ gang erfolgt, bei dem der Kunststoffschaum die Struktur-/Gerüstkeramik durchsetzt, und daß das dermaßen gebildete Einlegeteil in ein hohles Bauteil eingefügt und mit diesem zu dem Deformationselement verbunden wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung durch Klebung erfolgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines keramischen Struk­ turgerüstes (Gerüstkeramik) zum Einsatz in einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Kunststoffgitter oder einem Gewebe aus Kunststoffäden ein Raumgebilde geschaffen wird, das Raumgebilde in einer kerami­ schen Aufschlämmung (Schlicker) getränkt und an­ schließend hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wobei das Kunststoffgitter/die Kunststoffäden eine röhren­ förmige Struktur hinterlassend verdampfen.

8. Keramisches Strukturgerüst zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgebilde aus einem Kunststoffgitter eine wellenförmige Platte bildet.

9. Keramisches Strukturgerüst nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgebilde aus einem Kunst­ stoffgitter mehrere übereinander angeordnete, defi­ niert ausgerichtete, wellenförmige Platten umfaßt.