WO2005113913A1 - Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden fläche - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauelement (BE), mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche (1, 5), die wenigstens einseitig eine Struktur aufweist, wobei wenigstens eine Fläche (1, 5) zur Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit des Bauelementes (BE) wenigstens einseitig mit einem Material (6, 6a, 6b) beschichtet ist, dessen Dichte und/oder Elastizitätsmodul geringer ist, als bei dem Material der Fläche (1, 5).

Description

Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche

Die Erfindung betrifft ein Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche, die wenigstens einseitig eine Struktur aufweist.

Bauelemente mit lastabtragenden Flächen sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise in einfacher Ausgestaltung als Bleche, wobei eine Struktur jeglicher Art, z.B. durch Prägungen, Ausnehmungen etc. wenigstens auf einer Seite der Fläche vorgesehen sein kann.

Unter einem Bauelement mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche wird verstanden, dass ein Bauelement eine sehr große Oberfläche gegenüber dem eingesetzten Materialvolumen aufweist. Solche Bauelemente können eben sein, jedoch können die Bauelemente auch beliebige anderen Formgestaltungen aufweisen.

Die Erfindung betrifft somit insbesondere auch Bauelemente, die aus umgeformten Flächen gebildet sind, wie z.B. zu Hohlformen mit beliebigen Querschnittsformen aufgewickelte Flächen.

Bekannt sind im Stand der Technik Bestrebungen, die spezifische Tragfähigkeit von Bauelementen zu vergrößern, d.h. die Tragfähigkeit pro Gewichtseinheit. Dies erfolgt im Wesentlichen mit dem Ziel Bauelemente zu schaffen, die bei gleichbleibender und/oder verbesserter Tragfähigkeit leichter sind als übliche Bauelemente.

Die Entwicklung geht hierbei dahin, statt üblicher planer Bauelemente bzw. unstrukturierte Bleche (ohne dies auf das Material des Metalls durch die Wortwahl zu beschränken) strukturierte flächige Bauelemente einzusetzen, wobei bereits bekannt ist, dass ein strukturiertes flächiges Bauelement bei gleichem Gewicht gegenüber einem unstrukturierten Bauelement (z.B. ebenes Blech) eine höhere Tragfähigkeit aufweist.

Hierbei zeigte sich, dass die Steifigkeit mit der dritten Potenz der Höhe/Dicke einer Fläche eines solchen flächigen Bauelemetes skaliert. Somit können lediglich durch Masseumverteilungen in Bauelementen in Bereiche hoher und geringerer Dicke/Höhe verbesserte Steifigkeiten und damit verbesserte Tragfähigkeiten pro Gewichtseinheit erreicht werden.

Derartige flächige Bauelemente können z.B. einseitig oder auch zweiseitig der eingesetzten Flächen Strukturen, z.B. Einprägungen, Anformungen oder Ausnehmungen aufweisen. Z.B. können die Flächen solcher flächiger Bauelemente als offene oder geschlossene Gitter ausgebildet sein, bei denen sich die Masse im Wesentliche nur noch auf die gegenüber flachen Blechen gleichen Gewichts höheren Gitterstege verteilt.

Bei theoretischen Berechnungen von Bauelementen mit z.B. unstrukturierten Flächen, insbesondere in einer zu einem Hohlprofil gewickelten Form wurde festgestellt, dass die theoretische Tragfähigkeitsgrenze bzw. Lastgrenze von einem praktisch eingesetzten Bauelemente bei weitem nicht erreicht wird.

Der Übergang von einem laststabilen Verhalten eines perfekten Bauelementes in ein anderes Verhalten, insbesondere ein lastinstabiles Verhalten wird als Bifurkation bezeichnet. Die theoretische Bifurkationsgrenze von perfekten Bauelementen mit einer strukturierten Fläche konnte durch die Strukturierung (z.B. als Gitter) gegenüber der theoretischen Bifurkationsgrenze eines perfekten Bauelementes mit unstrukturierter Fläche deutlich angehoben werden, beispielsweise bis zu einem Faktor von 20, jedoch zeigt sich auch hier, dass die theoretischen Bifurkationsgrenze in der Praxis nicht erreichbar ist.

Diese Unerreichbarkeit der theoretischen Bifurkationsgrenze ist erklärbar mit einer Imperfektionsempfindlichkeit der Bauelemente, bzw. der Flächen. Imperfektionen, die zu einer Absenkung der theoretischen Bifurkationsgrenze bis auf eine praktische erreichbare Grenze führen, können sich durch Fehler im Materialgefüge, bei der Formgestaltung der Flächen bzw. der Bauelemente etc. ergeben.

Weitere Bemühungen die Tragfähigkeit zu einer gegebenen Bauelementeart zu erhöhen und damit die praktisch erreichtbare Bifurkationsgrenze in die Richtung der theoretischen Bifurkationsgrenze anzuheben sind bislang darauf beschränkt gewesen, die Materialqualität und die Herstellungsverfahren immer weiter zu verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einfache kostengünstige Bauelemente zur Verfügung zu stellen, mit denen gegenüber herkömmlichen Struktur-verstärkten Bauelementen eine signifikante Steigerung der spezifischen Tragfähigkeit erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass wenigstens eine Fläche zur Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit des Bauelementes wenigstens einseitig mit einem Material beschichtet ist, dessen Dichte und/oder Elastiziätsmodul geringer ist, als bei dem Material der Fläche.

Es erscheint widersinnig, die spezifische Tragfähigkeit eines Bauelementes, welches für sich genommen schon als tragfähig zu bezeichnen ist mit einem Material vergrößern zu wollen, welches eine geringere Dichte und/oder ein geringeres Elastizitätsmodul als das Material der Fläche aufweist und damit für sich genommen eine geringere Tragfähigeit aufweist, als die zu beschichtende Fläche.

Es zeigt sich jedoch, dass durch die Beschichtung eines „starken" Materials mit einem „schwachen" Material in weiten Bereichen die gesamte spezifische Tragfähigkeit des so gebildeten Verbunds signifikant gesteigert werden kann.

Dies resultiert zum einen aus einer Steigerung der theoretischen Bifurkationsgrenze des als perfekt angenommenen erfinderischen Bauelementes mit wenigstens einer zumindest einseitig beschichteten Fläche als auch insbesondere in einer durch die Erfindung in der Praxis erreichte ganz wesentliche Verringerung der Imperfektionsempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Bauelemente, so dass in der Praxis die tatsächliche Tragfähigkeitsgrenze, bzw. Beulgrenze, weiter in die Richtung der theoretischen Bifurkationsgrenze verschiebbar ist.

Hierbei wird in einer bevorzugten Ausführung als Schichtmaterial ein Material gewählt, dessen Elastizitätsmodul und/oder Dichte wesentlich geringer ist, als der Elastizitätsmodul/die Dichte des Materials der zu beschichtenden Fläche. Schon Materialien mit einem wesentlich geringeren E-Modul bzw. Dichte führen zu einer signifikanten Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit, ohne dass diese Materialien nennenswert aufgrund ihrer geringen Dichte zum Gewicht beitragen.

Bevorzugt werden hierzu Materialien gewählt, deren Elastizitätsmodul bzw. deren Dichte ein Fünftel bis ein Tausendstel (oder sogar weniger) derselben Größen des Materials der Fläche beträgt. Z.B. können als Flächenmaterial Metalle und als Schichtmaterial Kunststoffe verwendet werden.

Mit den Schichtmaterialien kann erreicht werden, dass durch die wenigstens einseitige Beschichtung wenigstens einer Fläche eines Bauelementes die Masse des erfindungsgemäßen Bauelementes aufgrund der geringen Dichte des Schichtmaterials wesentlich weniger stark zunimmt als gleichzeitig die Tragfähigkeit, so dass effektiv die spezifische Tragfähigkeit signifikant gesteigert werden kann. Dieses Verhalten gilt zumindest bis zu bestimmten auch theoretisch berechenbaren Grenzschichtstärken oberhalb derer sich das beschriebene Verhalten wieder umkehrt.

Der Verlauf der Imperfektionssensitivität für ein zylindrisches Profil des Radius R und der Wandstärke 0,01 R auf dessen Innenseite ein Schichtmaterial in einer Dicke von 0,1 R mit einem E-Modul, der 1% des E-Moduls des zylindrischen Profils beträgt, aufgebracht ist, gegenüber einem zylindrischen Profil ohne Schichtmaterial geringeren E-Moduls zeigt überraschenderweise, dass die Imperfektionssensitivität des zylindrischen Profils mit dem „leichten" Schichtmaterial um den Faktor 2.5 substantiell geringer ist als die Imperfektionssensitivität des gleichen Bauteils ohne Schichtmaterial.

Eine mögliche Materialkombination gemäß des oben aufgeführten Beispiels könnte z.B. Stahl (ca. 200.000 MPa) als Werkstoff für das zylindrische Profil und Polyurethan Integral-Hart-Schaum 85K (ca. 2.000 MPa) für das Schichtmaterial sein. Eine weitere Ausführungsform ist Aluminium2024-T6(3.1355) (ca. 72.000 MPa) als Werkstoff für das zylindrische Profil und hochmolekulares Polyethylen (PE-HMW) (ca. 750 MPa) für das Schichtmaterial.

In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, eine Fläche des Bauelementes nicht nur einseitig, sondern beidseitig mit demselben oder auch einem anderen Material zu beschichten, welches aber in jedem Fall ebenso eine geringere Dichte bzw. ein geringeres E-Modul im Vergleich zum Material der zu beschichtenden Fläche aufweist. Dementsprechend kann eine für sich tragfähige Materialfläche in ein oder mehrere Materialien mit geringeren, bzw. wesentlich geringeren Dichten/E-Modulen eingebettet sein. Es ergibt sich somit ein Schichtaufbau mit zwei gleichen oder unterschiedlichen Schichtmaterialien, wobei die zwei Schichten durch das eingebettete Flächenmaterial zumindest teilweise getrennt sind. Teilweise insofern, dass die Fläche Perforierungen aufweisen kann, über die die Schichten des Material mit geringerem E- Modul/Dichte miteinander direkt verbunden sein können.

Sowohl bei ein, als auch bei zweiseitiger Beschichtung kann es vorgesehen sein, dass das jeweilige Schichtmaterial die Strukturen der zu beschichtenden Fläche vollständig umgibt bzw. ausfüllt, also vollständig mit der ein- oder beidseitigen Oberfläche in Kontakt steht, oder aber nur bereichsweise, z.B. über sich erhebende Stege, Ausprägungen etc. Schon letztgenannte Ausführung führt zu einer Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit.

Sofern die Strukturen der Fläche ein- bzw. beidseitig auch Ausnehmungen aufweisen, können diese Ausnehmungen dementsprechend durch die Schichtmaterialien gefüllt sein. Im Grenzfall können die Ausnehmungen Perforationen des Flächenmaterials bilden, so dass das oder die Schichtmaterialen die Perforationen durchsetzen können.

Bei besonders großen Perforationen bildet die Fläche ein offenes bzw. offenzelliges Gitter, welches einseitig beschichtet sein kann oder auch in zwei Schichten desselben oder unterschiedlicher Materialien eingebettet sein kann.

Jegliche Strukturen mit denen eine erfindungsgemäß zu beschichtende Fläche eines Bauelementes versehen ist, sind im Rahmen der Erfindung geeignet. Wesentlich ist ledigliech, dass eine solche Struktur schon gegenüber einer unstrukturierten Fläche eine Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit ergibt, so dass sich erfindunsggemäß eine Kumulation beider verstärkenden Effekt, d.h. durch Strukturierung und Beschichtung ergeben kann.

Besonders bevorzugt sind Strukturen die ein- oder zweidimensional in die zu beschichtende Fläche eingebracht bzw. aufgebracht sind. Eindimensional bedeutet hierbei, dass eine Strktur nur in einer Richtung, insbesondere periodisch ausgebildet ist, wobei zweidimensional eine in zwei Richtungen insbesondere periodische ausgebildete Struktur bedeutet. Bei letzerer Ausbildung müssen die beiden Richtungen nicht notwendig senkrecht zueinander sein, dies wird jedoch bevorzugt der Fall sein.

Eine Struktur kann in besonders bevorzugter Weise durch Prägungen der Materialfläche erzeugt werden, wobei die Prägungen in Richtung einer oder beider Seiten der zu beschichtenden Fläche gerichtet sein können. Die Querschnitte der Prägungen (senkrecht und/oder parallel zur Fläche) können beliebig, z..B. eckig oder rund sein. Besonders bevorzugt sind sogenannte Waffelprägungen.

Ebenso kann es zur Strukturiereung vorgesehen sein, dass auf eine oberflächenglatte Fläche sogenannte Steifen aufgebracht werden, z.B. durch jedwede Art der Befestigung, wie Verkleben. Verschweißen oder einstückige Ausbildung. Derartige Steifen können durch jegliche Profile mit beliebigen Querschnitten ausgebildet werden.

Ebenso können Ausnehmungen oder gar Ausschnitte und damit Perforierungen zu einer insbesondere periodischen Strukturierung der zu beschichtenden Fläche genutzt werden.

Die derart erfindungsgemäß gebildeten Bauelemente können ihrerseist eben oder beliebig gekrümmt ausgebildet sein, z.B. eindimensional oder auch zweidimensional gekrümmt sein, so dass im letztgenannten Fall eine einseitig offene Hohlform, z.B. eine Schalenform mit beliebigen Querschnitt, also z.B. rund oder eckig, gebildet werden kann. Die Formgebeung des erfindungsgemäßen Bauelementes entspricht bevorzugt der Formgebung der eingesetzten Flächen, wenn die aufgebrachte Materialschicht im wesentlichen gleichförmig, also z.B. überall mit gleicher Dicke aufgetragen ist.

Ein erfindungsgemäßes Bauelement kann ebenso zu einem geschlossenen Wickel geformt werden, z.B. wenn die zu beschichtende Fläche eine entsprechende Krümmmung aufweist, so dass sich ein Hohlprofil mit beliebigem Querschnitt, z.B. rund oder eckig ausbildet. Bei einem derartigen Hohlprofil wird dementsprechend eine Innenseite und/oder eine Aussenseite erfindungsgemäß beschichtet sein, ggfs mit unterschiedlichen Materialien.

Bei der Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bauelementes als Hohlprofil wird bevorzugt die Dicke der aufgebrachten Materialschicht optimiert, so dass bei minimalem Massezuwachs eine maximale Erhöhung der Tragfähigkeit erreicht wird und so die spezifische Tragfähigkeit optimiert ist, oder zumindest nahe am theoretischen Optimum liegt.

Bevorzugt wird hierzu eine Schicht derart ausgebildet, dass diese Schicht auf der Innenseite und/oder der Aussenseite eine Dicke, bzw. Höhe über der zu beschichtenden Materialfläche hat, die 1 bis 40 Prozent, bevorzugt 5 bis 20% und besonders bevorzugt 8 bis 12 Prozent eines Querschnittsmaßes des Hohlprofils aufweist.

Bezogen auf einen runden Querschnitt des Hohlprofils weist somit die Schichtstärke 1 bis 40% oder bevorzugt 5 bis 20% oder besonders bevorzugt 8 bis 12 Prozent des Profilradius auf. Das Hohlprofil weist somit mit der erfindungsgemäßen Beschichtung auf der Innenseite weiterhin einen hohlen Kernbereich auf.

Bezogen auf andere Querschnittsformen gelten die genannten Ausdehnungen mit Bezug auf die dann gegebenen Ausdehungen des Hohlprofils in einer Querrichtung, insbesondere in bezug auf das maximale oder minimale Maß in einer Querrichtung, d.h. quer zur Längsrichtung des Hohlprofils.

In der besonders bevorzugte Weiterbildung eines als Hohlprofil ausgebildeten erfindungsgemäßen Bauelementes, aber auch in Bezug auf alle anderen im Rahmen der Erfindung genannten Ausführungen kann es vorgesehen sein, dass die zu beschichende Fläche und/oder das Schichtmaterial eine auxetische Eigenschaft aufweist.

Unter einer auxetischen Eigenschaft wird verstanden, dass das betreffende Material bzw. ein Bauelement unter einer Zugbeanspruchung sich in Zugrichtung streckt und senkrecht dazu eine Verdickung erfährt. Bei einer Stauchung wird eine Verkürzung und senkrecht dazu eine Verjüngung erreicht.

Eine zu beschichtende Materialfläche kann z.B. dadurch als auxetisch wirkendes Element ausgebildet werden, dass diese Fläche als auxetisches Gitter ausgebildet wird. Eine Wand einer Gitterzelle eines auxetischen Gitters kann z.B. wenigstens bereichsweise nach innen in Richtung des Zelleninneren gerichtet sein, also einen bezogen auf das Zellenäußere konkaven Verlauf haben. Auxetische Wirkungen und wie diese durch bestimmte Zellenformen erreicht werden, sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.

Das Schichtmaterial kann z.B. als ein auxetisch wirkender Schaum und/oder dreidimensionales Gitter ausgebildet sein. Die auxetischen Eigenschaften erhöhen in Verbindung mit den vorgenannten Ausführungen der Erfindung nochmals die Tragfähigkeit.

In einer bevorzugten Ausführung kann ein erfindungsgemäßes Bauelement eine äußere Schicht aufweisen, die im wesentlichen nicht zur Erhöhung der Tragfähigkeit beiträgt. Eine solche Schicht kann z.B. die aufgebrachte Schicht mit dem geringen E-Modul nach außen dichten oder eine bestimmte Oberflächenveredelung, z.B. eine gewünschte Struktur oder auch ein Dekor verleihen. Z.B. kann eine solche Schicht aufgedampft sein.

In einer Weiterbildung, insbesondere bezüglich jeder der zuvorgenannten Ausführungen kann ein erfindungsgemäßes Bauelement mehrfach, wenigstens zweifach geschichtet sein zu einem Mehrschichtelement, insbesondere wobei zwischen zwei Bauelementen eine Verbindungsschicht angeordnet ist. Auch können sich die auf die Flächen benachbarter Bauelemente aufgebrachten Schichten direkt beruhen, wobei hier gleiche oder unterschiedliche Schichtmaterialien zum Einsatz kommen können.

Hierbei kann jedes Bauelement des Schichtverbundes eben, gekrümmt oder gewickelt ausgeführt sein, wie zuvor beschrieben, bzw. jede andere erdenkliche Form aufweisen, in der ein erfindungsgemäßes Bauteil ausgeführt sein kann. Die Verbindung kann zwischen jeder Schicht auf jedwede Art und Weise erfolgen, insbesondere durch eine Verbindungsschicht, die beliebig ausgebildet sein kann, z.B. geschäumt oder durch verbindende Stege.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1a-c: eine zu beschichtende Fläche mit nicht dargestellter Struktur;

Figur 2a, b: verschiedene Strukturierungen als Prägung;

Figur 3: eine Strukturierung durch Steifen;

Figur 4: eine Strukturierung als Waffelprägung;

Figur 5: eine Strukturierung durch beidseitige, zueinander versetzte Prägungen;

Figur 6: ein Bauelement mit oberer und unterer Schicht eines Materials mit geringeren E-Modul / Dichte und jeweiliger Aussenschicht.

Figur 7: eine zweischichtige Ausführung;

Figur 8: eine dreischichtige Ausführung;

Figur 9: ein Bauelement als Hohlprofil mit innenliegender Schicht;

Figur 10: ein Bauelement als Hohlprofil mit aussenliegender Schicht;

Figur 11 : ein Bauelement als Hohlprofil mit beidseitiger Schicht;

Figur 12: ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und innenliegender Schicht;

Figur 13: ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und aussenliegender Schicht;

Figur 14: ein Bauelement als Hohlprofil mit gitterförmiger Fläche und beidseitiger Schicht; Die Figuren 1a-c zeigen je eine ebene, einfach gekrümmte und zweichfach gekrümmte lastabtragende Fläche 1 , z.B. aus einem Metall. Nicht dargestellt ist eine vorhandene Strukturierung der Fläche 1. Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen die Fläche 1 einseitig oder zweiseitig mit einem Material zu beschichten, welches ein geringeres E-Modul bzw. Dichte aufweist als das Material der Fläche 1. Das so gebildete Bauelement hat bei einer gleichmnäßigen Beschichtung im wesentlichen die dargestellte Form.

Die Flächen 1 weisen je eine Länge L und Breite B auf wobei bei einer Krümmung entsprechende Krümmungsradien gegeben sein können. Ein Krümmungsradius R ist in der Figur 1b dargestellt. In der Figur 1c sind zwei Krümmungsradien gegeben, aber nicht dargestellt.

Die Figuren 2a und 2b zeigen verschiedenen Ausführungen einer Strukturierung der Fläche 1 , z.B. als Sicken mit verschiedenen Querschnitten, wie eckig oder rund. Hier sind grundsätzlich beliebige Formgestaltungen möglich. Ebenfalls nicht dargestellt ist die jeweilige Beschichtung, die derart ausgeführt sein kann, dass mit einer dünnen Schicht die Form der Fläche 1 nachgebildet wird oder aber dass mit einer dicken Schicht sich eine ebene Oberfläche ergibt, da das Material die Zwischenräume in dem jeweiligen Strukturen ausfüllt.

Gemäß der Figur 3 kann es vorgesehen sein, auf einer ebenen Fläche 1 sogenannte Steifen 2 aufzubringen bzw. zu befestigen. Diese Steifen 2 können beliebige Querschnitte aufweisen und z.B. als jeweiliges Profil ausgebildet sein, welches an ein oder beiden Oberflächen der Fläche 1 befestigt wird, z.B. durch Schweißen, Kleben etc. Die Steifen 2 können von Schichtmaterial umgeben sein, so dass sich eine geschlossene ebene Oberfläche der Schicht ergibt. In der Figur sind auf derselben verschiedene Steifen 2 dargestellt. Üblicherweise ist es vorgesehen auf einer Fläche 1 nur eine Art von Steifen 2 einzusetzen.

Die Figur 4 zeigt eine zweidimensinale Waffelprägung, wobei diese Prägung in zwei Dimensionen, d.h. hier zwei zueinander senkrechten Richtungen (1)-(1) bzw. (2)-(2) periodisch ist. Auch sind die jeweiligen Querschnitt in diesen Richtungen dargestellt.

Dir Figur 5 zeigt Ausprägungen 3 bzw. Einprägungen 4 zu beiden Seiten einer Fläche 1 , wobei die Prägungen um eine halbe Periodizität zueinander versetzt angeordnet sind, so dass in einer Richtung, z.B. (1)-(1) auf eine Einprägung 3 eine Ausprägung 4 folgt.

Die Figur 6 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement BE umfassend eine mittlere lastabtragende ebene Fläche 5, z.B. aus einem Metall, welche hier eine nicht dargestellte Strukturierung aufweist, wie z.B. in einer der vorherigen Figuren dargestellt, um die lastabtragenden Eigenschaften der Fläche 5 in bekannter Weise zu erhöhen.

In der gezeigten Ausführung ist diese Fläche 5 eingebettet zwischen zwei Materialschaichten 6a und 6b die aus demselben Material bestehen können. Die Schichtmaterialien 6a und 6b haben wesentlich geringere E-Modulen und damit Dichten im Vergleich zum Material der Fläche 5. Z.B. kann als Schichtmaterial ein Kunststoff gewählt sein. Erkennbar ist in der Fgur 6, dass über der oberen Schicht 6b und der unteren Schicht 6a noch eine Aussenschicht 7 angeordnet ist, die jedoch nicht weiter zur Lastabtragung beiträgt, z.B. nur eine Dekorschicht darstellt aus aufgedampften Metall.

Die Figur 7 zeigt ein erfindungsgemäßes zweischichtiges Bauelement, bei dem ein Bauelement BE nach Figur 6 (hier jedoch ggfs. ohne Aussenschicht 7) zweifach übereinander angeordnet sein kann. Erkennbar sind zwei lastabtragende z.B. metallische strukturierte Schichten 5 die jeweils in zwei Materialschichten 6a und 6b eingebettet sind. Diese beiden Bauelemente sind untereinander durch eine Verbindungschicht 8 beliebiger Art verbunden.

Die Figur 8 zeigt eine 3-schichtige Anordnung im Vergleich zur 2-schichtigen Anordnung der Figur 7. Die Figur 9 zeigt als bevorzugte Ausführung eine Fläche 5, die zu einem Hohiprofil 5 mit rundem Querschnitt geformt ist, wobei die Fläche 5 des Hohlprofiles eine Strukturierung mit oder ohne auxetische Wirkung aufweist. Es kann sich z.B. um einen klassischen strukturierten Zylinder oder ein strukturiertes Rohr handeln. Die Dicke des Hohlprofil-Materials 5 ist hier im Vergleich zum Querschnitt sehr gering und beispielsweise 10 bis 3000-fach , bevorzugt 10 bis 100-fach geringer als der Radius R1.

Der runde Querschnitt in dieser und der folgenden Figuren ist repräsentativ zu verstehen, hier sind grundsätzlich alle Querschnitte möglich. Ebenso ist es möglich derartige Hohlprofile zu Bündeln zusammenzufassen.

Das Hohlprofil 5 selbst weist einen Radius R1 auf und umschließt einen Hohlraum H, der sich längs des Profils 5 um die Längsachse A erstreckt.

Im inneren Bereich H des Hohlprofils 5 ist auf der inneren Oberfläche eine Schicht 6 angeordnet, die sich nach innen erstreckt, aber den Hohlraum H bevorzugt nicht vollständig sondern nur bis zum Radius R2 ausfüllt. Diese Schicht kann z.B. auch durch einen Schaum gebildet sein, der auxetische Zellen aufweist, wobei die Dichte des Materiales, aus dem der Schaum besteht, geringer ist, als die des Profilmateriales. Dies gilt ebenso für die später angegebenen Ausführungen.

Besonders gute Lastabtragungseigenschaften werden bezogen auf das Gewicht der Konstruktion erzielt, wenn (R1-R2)/R1 <= 0,15 oder bevorzugt <=0,1 ist.

Figur 10 zeigt vergleichbar mit Figur 9 eine Schicht 6, die auf der äußeren Oberfläche des Hohlprofiles 5 angeordnet ist. Hier gilt bevorzugt (R2-R1)/R2 <= 0,15, besonders bevorzugt <=0,1.

Figur 11 zeigt Schichten 6, die jeweils auf der inneren und der äußeren Oberfläche des Hohlprofiles 5 angeordnet sindt. Auch hier kann bevorzugt die Dimensionierung so gewählt sein, dass die Dicke der Schichten 6 kleiner ist als 5% bis 15% des radialen Querschnittes des Hohlprofils 5, besonders bevorzugt kleiner als 10%. Bei den Anordnungen, die an der inneren und äußeren Oberfläche eines Hohlprofils eine Schicht 6 aufweisen, können innen und außen gleiche oder auch unterschiedliche Materialien gewählt werden. Diese Materilien können wie schon erwähnt auch auxetische Wirkung haben.

Figur 12 zeigt eine Ausführung, bei der die Oberfläche des Hohlprofiles 5 selbst eine Perforierung aufweist, z.B. als Gitter ausgebildet ist und in bevorzugter Ausführung auch eine auxetische Wirkung zeigt, wobei auch hier wieder die Dicke der Fläche bzw. des Hohlprofils 5 sehr gering ist. Beispielsweise kann die auxetische Wirkung durch Ausnehmungen hervorgerufen sein, die in die Oberfläche des Hohlprofils 5 eingebracht sind.

Hier wird schon eine Verbesserung der Lastabtragung erreichet, wenn die Schicht 6 auf der Innenseite keine auxetische Wirkung zeigt. Hier kann z.B. ein üblicher Schaum verwendet werden. Besonders bevorzugt ist das Material 6 wie in den vorgenannten Ausführungen jedoch ebenso auxetisch und bevorzugt mit den genannten Dimensionen.

Figur 13 zeigt die äquivalente Anordnung einer nicht-auxetischen oder auxetischen Struktur 6 (z.B. eines Schaums) auf der äußeren bevorzugt auxetischen Oberfläche des Hohlprofils 5 gemäß Figur 12 und Figur 14 zeigt die beidseitige Anordnung. Auch hier kann es bei beidseitiger Anordnung vorgesehen sein, zu beiden Seiten gleiche oder unterschiedliche Materialien zu verwenden.

Sämtliche Materialien sowohl der Flächen 5 als auch der Schichten 6 können auxetisch Materialien sein oder so geformt sein, dass sie eine auxetische Wirkung aufweisen.

Claims

Patentansprüche

1. Bauelement (BE), mit wenigstens einer lastabtragenden Fläche (1 ,5), die wenigstens einseitig eine Struktur aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fläche (1 ,5) zur Erhöhung der spezifischen Tragfähigkeit des Bauelementes (BE) wenigstens einseitig mit einem Material (6,6a,6b) beschichtet ist, dessen Dichte und/oder Elastiziätsmodul geringer ist, als bei dem Material der Fläche (1 ,5).

2. Bauelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Elastizitätsmodul/die Dichte des Schichtmaterials (6, 6a, 6b) wesentlich geringer ist als das Elastizitätsmodul/die Dichte des Materials der Fläche (1 ,5), insbesondere ein Fünftel bis ein Tausendstel des Elastizitätsmoduls/der Dichte des Materials der Fläche (1,5) beträgt.

3. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1 ,5) zumindest bereichsweise perforiert ist.

4. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1 ,5) als offenes und/oder geschlossenes Gitter ausgestaltet ist.

5. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1 ,5) ein- oder mehrfach gekrümmt ist, insbesondere mehrdimensional.

6. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1 ,5) zu einem Hohlprofil geformt ist, auf deren Innenseite und/oder Aussenseite die Schicht (6) angeordnet ist.

7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Schicht 1 bis 40 Prozent, bevorzugt 5 bis 20% und besonders bevorzugt 8 bis 12 Prozent des Querschnitts des Hohlprofils über der Innenseite und/oder der Aussenseite erstreckt.

8. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere wenigstens zwei Bauelemente (BE) geschichtet angeordnet sind, insbesondere mit einer zwischen zwei Bauelementen liegenden Verbindungsschicht (8).

9. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (1 ,5) eine auxetische Wirkung hat, insbesondere als auxetisches Gitter ausgebildet ist.

10. Bauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht (6,6a, 6b) eine auxetische Wirkung hat, insbesondere als auxetischer Schaum ausgebildet ist.