DE4430428B4

DE4430428B4 - Schichtkörper

Info

Publication number: DE4430428B4
Application number: DE4430428A
Authority: DE
Inventors: Josef Märtz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2014-08-27
Also published as: DE4430428A1

Abstract

Schichtkörper, bestehend aus einem Deckblech und einem Strukturblech, das auf das Deckblech zuweisende abgeflachte Erhebungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) mit schlitzförmigen Aussparungen (Schlitze 10) versehen sind und die Schlitze (10) zumindest annähernd parallel zu den Abflachungen der Erhebungen (4) verlaufen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schichtkörper nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 oder 2.

Aus der US 24 41 476 ist ein Strukturblech mit noppenartigen Erhebungen bekannt. Durch Kombination mit einem Deckblech (3 der US) oder mit zwei Deckblechen (2) entsteht ein Schichtkörper mit einer maßgeblich durch die Dicke des Strukturbleches bestimmten Bauhöhe. Das Strukturblech wird über Punktverschweißung oder anderweitig mit dem in der Regel glattflächigen Deckblech verbunden. Das Strukturblech gemäß der US weist beidseits seiner Mittenebene Erhebungen auf, die versetzt angeordnet sind. Das bekannte Strukturblech wird durch ein Walzverfahren mit zwei einander gegenüberliegenden Zahnrädern hergestellt und zeichnet sich durch hohe Steifigkeit in allen Richtungen aus.

Schichtkörper werden unter anderem auch als Außenhautteile für Kraftfahrzeuge eingesetzt. In diesen Fällen wird ein glattflächiges Deckblech, bevorzugt aus Aluminium, verwendet, das entsprechend hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität genügen muß. Beispielsweise können Schichtkörper als Schiebedachdeckel, Klappen und Hauben eingesetzt werden. Nachteilig bei Schichtkörpern mit dem bekannten Strukturblech ist, daß sich die Erhebungen insbesondere bei Verwendung von Aluminium-Deckblechen am Deckblech abzeichnen. Die örtlichen Verformungen sind zwar absolut gesehen äußerst gering, jedoch vom Betrachter bei entsprechendem Lichteinfall auf dem lackierten Deckblech eindeutig als regelmäßiges Muster erkennbar. Der Effekt des Abzeichnens der Erhebungen verstärkt sich, wenn der Schichtkörper, der nach seiner Herstellung aus den einzelnen ebenen Blechen ebenfalls in ebener Form vorliegt, zur Erreichung einer bestimmten Gestalt verformt wird. Eine größere Verformung ohne Beschädigung des Schichtkörpers oder zumindest des Strukturbleches ist nicht möglich. Bei größeren Biegeradien besteht dabei die Gefahr, daß sich durch die Verformung aufgrund der an der Ober- bzw. Unterseite des Schichtkörpers unterschiedlichen Biegeradien die Verbindung zwischen den einzelnen Blechen des Schichtkörpers löst. Dieses Problem tritt auch bei Schichtkörpern auf, die nicht als Karosserie-Außenhautteile, sondern als Trenn- oder Abschirmwände eingesetzt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile des bekannten Schichtkörpers zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei Schichtkörpern mit einseitigem oder beidseitigem Deckblech durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst. Kerngedanke ist dabei jeweils, die Erhebungen durch Aussparungen in begrenztem Maße nachgiebig zu machen. Damit können die Erhebungen kleine, ausgleichende Relativbewegungen ausführen, wodurch sich die Oberflächenform des Strukturbleches nicht auf das Deckblech überträgt. Bei einer Verformung des in seinem Ausgangszustand ebenen Schichtkörpers verhindert die Nachgiebigkeit der Erhebungen, daß die Verbindungsstellen zwischen dem Strukturblech und dem Deckblech aufgetrennt werden. Daraus ergeben sich gegenüber bekannten Schichtkörpern wesentlich verbesserte Verformungsmöglichkeiten. Gleichzeitig bleiben aber die hohe Biege- und Torsionssteifigkeit sowie die guten Dämm- und Dämpfungseigenschaften des Schichtkörpers mit nur geringen Abstrichen erhalten.

Neben dem beschriebenen zwei- und dreilagigen Aufbau können die erfindungsgemäßen Schichtkörper auch aus mehreren Lagen bestehen und zum Beispiel mehrere durch glattflächige Deckbleche getrennt Strukturbleche aufweisen.

Wie bereits aus der US bekannt, eignen sich Bleche mit abgeflachten Erhebungen, beispielsweise Pyramidenstümpfen, wegen ihrer ausgeprägten Auflage- und Verbindungsflächen zum Deckblech in besonderer Weise als Strukturbleche für Schichtkörper. Gemäß der Erfindung nach Anspruch 1 bzw. 2 werden derartige Strukturbleche mit schlitzförmigen, parallel zur Mittenebene des Strukturbleches verlaufenden Aussparungen versehen. Dabei bleibt die Steifigkeit in der Ebene und senkrecht zur Ebene des Schichtkörpers nahezu unverändert erhalten. Durch die Nachgiebigkeit in Schichtkörperquerrichtung wird jedoch verhindert, daß sich das Muster des Strukturbleches am Deckblech abzeichnet. Außerdem erweisen sich die Schlitze bei einer Verformung des Schichtkörpers als besonders vorteilhaft, da auch in der Ebene des Deckbleches Ausgleichsbewegungen stattfinden können. Hierdurch werden die unterschiedlichen Biegeradien zwischen Ober- und Unterseite des Schichtkörpers ausgeglichen. Ein Reißen der Verbindung zwischen Strukturblech und Deckblech wird somit zuverlässig verhindert. Das Strukturblech mit den geschlitzten Erhebungen kann in einfacher Weise durch ein einziges Werkzeug, beispielsweise ein Zahnradpaar mit Schneidkanten, in kostengünstiger Weise durch eine Art Zahnradwalzen hergestellt werden. Hierbei handelt es sich um ein Prägeverfahren mit Verformungen zu beiden Seiten der Mittenebene des Strukturbleches im Unterschied zu einem nur einseitig wirkenden Tiefziehverfahren.

Die Verklebung von Deck- und Strukturblech gemäß Anspruch 3 ist für erfindungsgemäße Schichtkörper besonders vorteilhaft. Durch die Abflachungen bestehen entsprechend große Kontaktflächen zwischen den beiden Bauteilen. Im Unterschied zu einer Löt- oder Schweißverbindung wird die Außenfläche des Deckbleches weder durch Wärmebehandlung noch durch mechanische Einwirkung beeinträchtigt. Somit bleibt eine Außenfläche mit einwandfreier Oberflächenqualität, beispielsweise für Karosserieaußenhautteile, erhalten. Durch die Aussparungen in den Erhebungen und die somit sichergestellten Ausgleichsbewegungen kann auch ein relativ harter, wenig dehnfähiger Kleber verwendet werden, der entsprechend hohe Festigkeitswerte der Klebeverbindung ermöglicht.

Durch die alternative Verwendung eines Lötwerkstoffes mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine der Klebeverbindung gleichwertige Lötverbindung erzielt werden.

Schichtkörper zeichnen sich nicht nur durch geringes Eigengewicht und hohe Steifigkeit, sondern auch durch ihre Dämm- und Dämpfungseigenschaften aus. Durch die Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 werden diese Eigenschaften verstärkt. Insbesondere wird durch die Dämm- oder Dämpfungsmasse die Ausbreitung von Körperschall unterdrückt. Die Aussparungen in den Erhebungen ermöglichen dabei ein Fließen der Masse während des Befüllungsvorganges. Als Füllmaterialien kommen beispielsweise Bitumen oder aufschäumende Materialien zur Verwendung. Für Kraftfahrzeuganwendungen bieten sich derartige dämmende Schichtkörper z. B. als Motorstirnwand oder als Bodenblech an.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:
1 das Strukturblech eines erfindungsgemäßen Schichtkörpers in perspektivischer Darstellung,
2 das Strukturblech in der Seitenansicht,
3 einen erfindungsgemäßen Schichtkörper als Außenhautteil einer Fahrzeugkarosserie im Schnitt und
4 einen erfindungsgemäßen Schichtkörper als Trennwand mit Schall- und Wärmedämmfunktion in perspektivischer Darstellung.
Die 1 und 2 zeigen ein Strukturblech 1 eines erfindungsgemäßen Schichtkörpers 2, 3 (siehe 3 und 4) in verschiedenen Ansichten. Das Strukturblech 1 besteht aus einem flächigen Ausgangsmaterial mit geringer Dicke, beispielsweise einem Aluminiumblech mit einer Dicke von ca. 0,15 bis 1,0 mm. Durch ein geeignetes Herstellverfahren werden in das Ausgangsmaterial des Strukturbleches 1 beidseitig Erhebungen 4 eingebracht. Diese Erhebungen 4 erstrecken sich symmetrisch zu beiden Seiten der Mittenebene 5 des Strukturbleches 1. Die Erhebungen 4 besitzen eine Form ähnlich der Zähne eines Zahnrades. Sie setzen sich zusammen aus einem ersten Abschnitt 6, der sich unmittelbar an die Mittenebene 5 anschließt und in x-Richtung des Strukturbleches 1 von relativ steilen Flanken 7 sowie in y-Richtung von Seitenflächen 8 begrenzt wird. Der zweite Abschnitt 9 der Erhebungen 4 wird durch einen Schlitz 10 vom ersten Abschnitt 6 getrennt. Der zweite Abschnitt 9 besteht aus schrägen Flanken 11, die unmittelbar aus den steilen Flanken 7 des ersten Abschnittes 6 hervorgehen. Deckflächen 13 begrenzen die zweiten Abschnitte 9 in einer Ebene parallel zur Mittenebene 5. Stege 14 und 15, die in der Mittenebene 5 liegen, verbinden die einzelnen Erhebungen 4 in x- bzw. y-Richtung miteinander.
Die Distanzhöhe d des Strukturbleches 1 wird maßgeblich von der Höhe der beidseitigen Erhebungen 4 bestimmt. Die Breitenmaß b der Schlitze 10 (Erstreckung in z-Richtung) ist in den einzelnen Figuren zur Verdeutlichung der Schlitze 10 etwas überzeichnet dargestellt. Für die eingangs beschriebenen Vorteile genügt bereits eine geringere Schlitzbreite b. Mit der Größe und Form der Schlitze 10 kann außer der Form und der Distanzhöhed des Strukturbleches 1 auch die Festigkeit des Schichtkörpers 2 bestimmt werden.
Das Strukturblech 1 besitzt eine Reihe von Vorteilen:
Durch die beidseitig vorhandenen Erhebungen 4 läßt sich eine größere Distanzhöhe d erreichen als mit nur einseitigen Erhebungen. Das Strukturblech 1 besitzt allseitig hohe Steifigkeit, wobei durch die Schlitze 10 die zweiten Abschnitte 9 der Erhebungen 4 so nachgiebig gestaltet sind, daß die Deckflächen 13 kleine Relativbewegungen in allen drei Raumrichtungen ausführen können.
Zur Herstellung bietet sich ein Walzwerkzeug an, das aus zwei gegenüberliegenden, mit Zähnen versehenen Walzrädern besteht, die das Strukturblech 1 prägen sowie die Schlitze 10 schneiden. So ist z. B. mit einer Aluminiumblechstärke von ca. 0,5 mm eine Distanzhöhe d von 10 mm erreichbar. Die Deckflächen 13 können hierbei in x-Richtung einen Längenausgleich von ca. 2 mm bewerkstelligen. Der Ausgleichsspielraum in y-Richtung hängt von der Schlitzbreite b ab, ist jedoch auch im Interesse einer ausreichenden Quersteifigkeit beeutend kleiner. Die Längenerstreckung der Schlitze 10 in x-Richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel ermöglicht einen Verformungsausgleich insbesondere bei Biegungen um die y-Achse. Durch entsprechende Schlitzgestaltung läßt sich jedoch auch in y-Richtung oder in x- und y-Richtung eine ausreichende Nachgiebigkeit für andersartige Biegeumformungen erzielen.
3 zeigt einen als Außenhautteil ausgebildeten Schichtkörper 2 im Querschnitt. Der Schichtkörper 2 besteht aus einem Strukturblech 1 gemäß den 1 und 2 sowie einem oberen und einem unteren Deckblech 14 bzw. 15. Eine Schicht eines Klebers 16 stellt die Verbindung zwischen den Deckflächen 13 des Strukturbleches 1 und den beiden Deckblechen 14 und 15 her. Die freien Zwischenräume 17 können durch ein Dämm- oder Dämpfungsmaterial ganz oder teilweise ausgefüllt werden.
4 zeigt den komplexeren Aufbau eines Schichtkörpers 3, der als schall- und wärmedämmende Trennwand mit entsprechend hoher Torsions- und/oder Biegesteifigkeit ausgebildet ist. Der Schichtkörper 3 setzt sich aus dem oben beschriebenen Strukturblech 1, einem unteren Deckblech 115 sowie einem oberen Deckblech 114 zusammen. Das obere Deckblech 114 ist gelocht und wird von einer ersten Aluminiummatte 20 abgedeckt. An die Aluminiummatte 20 schließt sich eine gelochte Aluminiumfolie 21 an. Die oberste Deckschicht besteht aus einer zweiten Aluminiummatte 22. Beide Aluminiummatten 20 und 22 sind als Gewebe- oder Fasermatten ausgebildet. Die Lochungen in den Aluminiummatten 20 und 22 sowie die Lochfolie 21 erhalten die Schalldurchgängigkeit, damit sich der Schall in den freien Zwischenräumen 117 des Strukturbleches 1 "totlaufen" kann. Ein Teilvolumen der freien Zwischenräume 117 im Strukturblech 1 kann mit Dämm-Material ausgefüllt oder ausgeschäumt sein, um auch die Ausbreitung von Körperschall zu erschweren. Die Befüllung kann auf bestimmte Frequenzen abgestimmt werden.
Die erfindungsgemäßen Schichtkörper können ganz oder teilweise aus Stahl- oder Aluminiumblech oder aus Kunststoff bestehen.

Claims

Schichtkörper, bestehend aus einem Deckblech und einem Strukturblech, das auf das Deckblech zuweisende abgeflachte Erhebungen besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) mit schlitzförmigen Aussparungen (Schlitze 10) versehen sind und die Schlitze (10) zumindest annähernd parallel zu den Abflachungen der Erhebungen (4) verlaufen.
Schichtkörper, bestehend aus zwei Deckblechen und einem dazwischenliegenden Strukturblech, von dessen Mittenebene jeweils auf die Deckbleche zuweisende abgeflachte Erhebungen abstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen (4) zumindest auf einer Seite der Mittenebene (5) des Strukturbleches (1) mit schlitzförmigen Aussparungen (Schlitze 10) versehen sind und die Schlitze (10) zumindest annähernd parallel zu den Abflachungen der Erhebungen (4) verlaufen.
Schichtkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strukturblech (1) mit dem Deckblech bzw. den Deckblechen (14, 15; 114, 115) verklebt ist.
Schichtkörper nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Zwischenraum (17; 117) zwischen den Deckblechen (14, 15; 114, 115) zumindest teilweise mit einer Dämm- oder Dämpfungsmasse befüllt ist.