DE4412865B4 - Use of a lightweight construction element - Google Patents
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Abstract
Verwendung eines Leichtbauelements als Ersatzwerkstoff für herkömmliche, aus Blechen hergestellte Blechformteile, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, mit gegenüber den herkömmlichen Formteilen aus Blech unverminderten Festigkeitseigenschaften, bestehend aus mindestens zwei Schichten, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff, die übereinander liegend angeordnet wenigstens punktweise miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine der Schichten eine dreidimensionale Struktur aufweist, welche in wenigstens zwei in der Schichtebene in einem Winkel zueinander liegenden Richtungen durchbrochen ist, eine im Wesentlichen geschlossene Schichtfläche aufweist und durch eine Vielzahl von kuppelartigen Gewölben gebildet ist, die über den überwiegenden Teil der Schichtfläche ausgebildet sind und im Wesentlichen senkrecht zur Schichtebene stehen.use a lightweight component as a replacement material for conventional, made of sheets Sheet metal parts, especially in motor vehicle construction, with respect to the usual Moldings made of sheet metal undiminished strength properties, consisting of at least two layers, preferably of metallic material, the one above the other lying arranged at least pointwise connected to each other, wherein at least one of the layers has a three-dimensional structure which in at least two in the layer plane in a Angular directions are broken, one in the Has substantially closed layer surface and by a Variety of dome-shaped vaults is formed over the predominant Part of the layer area are formed and substantially perpendicular to the layer plane stand.
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Leichtbauelementes als Ersatzwerkstoff für herkömmliche, aus Blech hergestellte Blechformteile, insbesondere im Kraftfahrzeugbau.The The invention relates to the use of a lightweight component as a replacement material for conventional, made of sheet metal sheet metal parts, especially in motor vehicle construction.
Formteile, wie sie in großen Mengen beispielsweise im Kraftfahrzeugbau eingesetzt werden, bestehen in erster Linie aus Blechen, die je nach den bestehenden Anforderungen an die Festigkeit in ihrer Dicke dimensioniert sind. Vom Materialeinsatz her und auch fertigungstechnisch sind Bleche für die Herstellung von Formteilen, insbesondere bei der Massenherstellung, wirtschaftlich. Die Hauptnachteile bei dem Einsatz von Blechen bestehen darin, dass die Bleche aufgrund der Anforderungen an die Festigkeit vergleichsweise stark, das heißt dick dimensioniert sein müssen, daher schwer sind und vor allem unter Schwingungsbelastungen dröhnen. Darüber hinaus ermöglichen Bleche keine beliebig schwierigen Verformbarkeitsgrade, so dass häufig aufwendige Verbindungskonstruktionen, beispielsweise durch Schweißen, erforderlich sind. Schließlich können Bleche keine Zusatzfunktionen übernehmen. So müssen aufwendige Zusatzmaterialien eingesetzt werden, beispielsweise für die akustische und/oder thermische Dämmung. Je nach den Anforderungen an die Festigkeit oder die Dämmeigenschaften können auch doppelwandige Ausführungen erforderlich sein, wodurch der Raumbedarf und das Gewicht erhöht und die Dröhnungsneigung verstärkt werden.Moldings, as they are in big Quantities are used for example in the automotive industry, exist primarily sheet metal, depending on the existing requirements are dimensioned to the strength in their thickness. From material usage her and also manufacturing technology are sheets for the production of moldings, especially in mass production, economical. The main disadvantages in the use of sheets are that the sheets due to the strength requirements comparatively strong, that is thick have to be dimensioned are therefore heavy and above all roar under vibration. In addition, allow Do not plate any difficult deformability levels, so that often complicated connection constructions, for example by welding, required are. After all can sheets do not accept additional functions. So have to consuming additional materials are used, for example, for the acoustic and / or thermal insulation. Depending on the requirements of the strength or the insulation properties can also double-walled versions be required, which increases the space and weight and the Dröhnungsneigung reinforced become.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Leichtbauelemente bekannt. So sind beispielsweise Wabenkonstruktionen bekannt, wobei zwischen zwei Tragschichten eine zu den Tragschichtebenen im wesentlichen senkrecht ausgerichtete Wabenstruktur angeordnet ist. Die Waben werden in bekannter Weise in sechseckiger Ausführung beispielsweise durch die Verbindung entsprechend gebogener Materialstreifen aufgebaut und bilden zur Tragschichtebene senkrecht stehende Röhrensegmente. Dadurch werden die Leichtbauelemente sehr druckfest, lassen sich jedoch nicht beliebig verformen. Insbesondere sind schwierige Verformungen ausgeschlossen, es sei denn man nimmt eine Beschädigung der durch die Waben gebildeten Tragstruktur und damit eine Einbuße hinsichtlich der Festigkeit in Kauf. Außerdem sind Wabenkonstruktionen noch vergleichsweise schwer und vor allem dick. Eine Integration von Zusatzfunktionen, beispielsweise akustischen Dämmungseigenschaften, ist mit geringem Aufwand nicht möglich.in the State of the art, various lightweight components are known. For example, honeycomb constructions are known, with between two base layers one to the carrier layer planes substantially vertically oriented honeycomb structure is arranged. The honeycomb be in a known manner in hexagonal execution, for example by the Connection constructed according to curved strips of material and form perpendicular to the support layer plane tube segments. This will be the lightweight components very pressure resistant, but can not be arbitrary deform. In particular, difficult deformations are excluded, unless you take damage the support structure formed by the honeycomb and thus a loss in terms the strength in purchase. Furthermore honeycomb constructions are still relatively heavy and above all thick. An integration of additional functions, such as acoustic Insulation properties, is not possible with little effort.
Weiterhin
bekannt sind Mehrschicht-Bauelemente, bei denen zwischen Tragschichten
wenigstens eine wellblechartige Schicht angeordnet ist. Diese Schicht
wird durch ein Blech oder eine biegesteife Folie hergestellt, welche
mit einer in einer Richtung verlaufenden und über die gesamte Breite ausgebildeten
Welle versehen ist. Das entstehende Verbundbauteil entspricht im
Querschnitt dem Aufbau einer Wellpappe und hat auch in etwa die
gleichen Eigenschaften. So ist das vorbekannte Verbundbauteil nicht
sehr druckfest und vor allem nicht in allen Richtungen verformbar.
Durch die Wellenorientierung ist die Verformbarkeit entlang quer
zu den Wellen liegenden Richtungen ohne Beschädigung ausgeschlossen. Auch
die Verformbarkeit um eine in Richtung einer Welle liegenden Kante
läßt zu Wünschen übrig, da
der Aufbau zum Knicken neigt oder der Strukturverbund verändert wird,
indem sich die Schichten voneinander ablösen. Beispielsweise ist aus
der
Aus der WO 91/19866 A1 ist ein Verbundmaterial bekannt, bei dem eine Kernschicht zwischen zwei verhältnismäßig dünnen Außenschichten aus einem harten, hochfesten Material angeordnet ist. Die Kernschicht besteht aus Reihen von offenen, vielflächigen Rahmen, die mit ihren äußeren Punkten mit den Außenschichten verbunden sind.Out WO 91/19866 A1 discloses a composite material in which a Core layer between two relatively thin outer layers made of a hard, high-strength material. The core layer consists of rows of open, polyhedral frames with their outer points with the outer layers are connected.
Bei den vorbekannten Leichtbauelementen lassen insbesondere die Verformbarkeit, vor allem bei schwierigen Verformungsforderungen, und die Integrierbarkeit weiterer Funktionen, wie beispielsweise eine akustische oder thermische Dämmung, zu Wünschen übrig. Die vorbekannten Leichtbauelemente sind auch nicht ohne Beschädigung in herkömmlichen Verfahren, beispielsweise einem Tiefziehvorgang, umformbar. Damit kommen die vorbekannten Leichtbauelemente nicht als Ersatzwerkstoff für Bleche zur Herstellung von Blechformteilen, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, in Betracht.at the previously known lightweight components can in particular the deformability, especially with difficult deformation requirements, and the integrability other functions, such as an acoustic or thermal Insulation, left to be desired. The previously known lightweight components are not without damage in usual Process, such as a deep drawing process, formable. In order to The previously known lightweight components do not come as a replacement material for sheets for the production of shaped sheet metal parts, in particular in motor vehicle construction, into consideration.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbauelement bereitzustellen, welches ohne Einbußen an Festigkeitseigenschaften gegenüber herkömmlichen Blechbauteilen auch bei schwierigen Verformungsanforderungen spanlos verformbar ist und weiterhin die Integration von insbesondere Dämmfunktionen ermöglicht.From that Based on the object of the invention, a lightweight construction element to provide, which without sacrificing strength properties across from usual Sheet metal components without cutting even with difficult deformation requirements is deformable and continue the integration of particular Dämmfunktionen allows.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen eine Verwendung eines Leichtbauelements als Ersatzwerkstoff für herkömmliche, aus Blechen hergestellte Blechformteile, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, mit gegenüber den herkömmlichen Formteilen aus Blech unverminderten Festigkeitseigenschaften, bestehend aus mindestens zwei Schichten, vorzugsweise aus metallischem Werkstoff, die übereinander liegend angeordnet wenigstens punktweise miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine der Schichten eine dreidimensionale Struktur aufweist, welche in wenigstens zwei in der Schichtebene in einem Winkel zueinander liegenden Richtungen durchbrochen ist, eine im Wesentlichen geschlossene Schichtfläche aufweist und durch eine Vielzahl von kuppelartigen Gewölben gebildet ist, die über den überwiegenden Teil der Schichtfläche ausgebildet sind und im Wesentlichen senkrecht zur Schichtebene stehen.For technical solution to this problem, it is proposed to use a lightweight component as a replacement material for conventional sheet-metal formed parts produced from sheets, in particular in motor vehicle construction, with respect to the herkömmli chen moldings made of sheet metal undiminished strength properties consisting of at least two layers, preferably made of metallic material, which are arranged one above the other lying at least pointwise interconnected, wherein at least one of the layers has a three-dimensional structure, which in at least two in the layer plane at an angle to each other Directions is broken, has a substantially closed layer surface and is formed by a plurality of dome-like arches, which are formed over the majority of the layer surface and are substantially perpendicular to the layer plane.
Durch die durchbrochene Struktur in einer der beiden Schichten, die vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen gebildet sind, wird das Leichtbauelement einfach in jeder in einem Winkel zur Plattenebene liegenden Richtung verformbar. Durch die durchbrochene Struktur wird keine Biegekanten-Lagerichtung vorgeschrieben, so dass auch schwierige Verformungen einfach möglich sind. Die Schichten sind vorzugsweise aus metallischen Werkstoffen, können jedoch auch aus anderen Werkstoffen gebildet sein, sofern die Festigkeits- und/oder Funktionsanforderungen erfüllt werden. Die Integration insbesondere von Dämmfunktionen ist besonders einfach, da eine der wenigstens zwei Schichten mit entsprechenden, die gewünschte Funktion erfüllenden Eigenschaften versehen sein kann. So kann eine Schicht als Deckschicht, als Tragschicht, als akustische Dämmschicht durch die Anordnung von Löchern und dergleichen ausgebildet sein. Die andere Schicht kann aufgrund ihrer Struktur dementsprechend angepasst werden. Mit Vorteil wird angegeben, dass die Struktur in jeder der Richtungen gleichmäßig durchbrochen ist, wodurch die Verformbarkeit begünstigt wird.By the openwork structure in one of the two layers, preferably are made of metallic materials, the lightweight construction element simply in any direction at an angle to the plate plane deformable. Due to the broken structure is no bending edge bearing direction prescribed, so that even difficult deformations are easily possible. The layers are preferably of metallic materials but may be formed from other materials, provided that the strength and / or functional requirements are met. The integration in particular of Dämmfunktionen is particularly easy, since one of the at least two layers with appropriate, the desired Function fulfilling Properties can be provided. So a layer as a cover layer, as a base layer, as an acoustic insulating layer through the arrangement of holes and the like. The other layer may be due be adapted to their structure accordingly. With advantage indicated that the structure breaks evenly in each of the directions is, whereby the deformability is favored.
Wenigstens die Schicht mit der dreidimensionalen Struktur weist eine Noppenstruktur auf. Durch die Noppen werden in einer im wesentlichen senkrecht zur Schichtebene liegenden Richtung ausgerichtete kuppelartige Gewölbe gebildet, welche die Druckfestigkeit der Schicht erheblich erhöhen. Darüber hinaus wird durch die Noppenstruktur die Verformbarkeit in nahezu allen Richtungen begünstigt und an den Noppenoberflächen gute Angriffsflächen für die Herstellung von Verbindungen zur benachbarten Schicht bereitgestellt.At least the layer having the three-dimensional structure has a knob structure on. By the nubs are in a substantially vertical formed dome-like vault aligned towards the layer plane, which significantly increase the compressive strength of the layer. Furthermore Due to the nub structure, the deformability in almost all Directions favors and at the nubbed surfaces good attack surfaces for the production provided by connections to the adjacent layer.
In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine der Schichten ein Blech. Aufgrund der Sandwich-Anordnung von wenigstens zwei Schichten kann dieses Blech gegenüber einem Blech, welches normalerweise für die Herstellung des jeweiligen Bauteils verwendet wird, dünnwandig ausgelegt werden, da durch die zweite Schicht die Festigkeitseigenschaften verbessert werden können. In vorteilhafter Weise ist wenigstens eine der Schichten eine Folie. Dadurch lassen sich sehr leichte, aber dicke und gut verformbare Schichten herstellen.In Advantageously, at least one of the layers is a sheet. Due to the sandwich arrangement of at least two layers can this sheet opposite a sheet metal, which is normally used for the production of the respective Component is used, thin-walled be designed because through the second layer, the strength properties can be improved. Advantageously, at least one of the layers is a film. This allows very light, but thick and well deformable layers produce.
In vorteilhafter Weise wird vorgeschlagen, dass die Schichten aus Aluminium oder einer Aluminium-Knetlegierung gebildet sind.In Advantageously, it is proposed that the layers of aluminum or an aluminum wrought alloy are formed.
In vorteilhafter Weise werden die Schichten miteinander durch Löten verbunden. Gemäß einem mit Vorteil vorgeschlagenen anderen Vorgehen werden die Schichten durch Schweißen verbunden. Mit besonderem Vorteil wird vorgeschlagen, dass die Schichten miteinander durch Kleben verbunden sind.In Advantageously, the layers are joined together by soldering. According to one with Advantage proposed another approach, the layers through welding connected. With particular advantage it is proposed that the layers are joined together by gluing.
Das Leichtbauelement zeichnet sich durch einfache und automatisierbare Herstellbarkeit und sehr gute Festigkeitseigenschaften aus. Durch die zwischen den Schichten gebildeten Hohlräume weist das Leichtbauelement ein sehr niedriges spezifisches Gewicht auf. Die Hohlräume wirken weiterhin der Neigung zum Dröhnen entgegen, so dass das Leichtbauelement gegenüber herkömmlichen Blechformteilen nicht zum Dröhnen unter Schwingungsbelastungen neigt. Das Leichtbauelement ist in nahezu jeder in einem Winkel zur Plattenebene liegenden Richtung gut verformbar, so dass auch schwierige Verformungsanforderungen einfach und auch automatisch realisierbar sind. Das Leichtbauelement kann im Tiefziehverfahren verformt werden und ist grundsätzlich gut spanlos umformbar. Es eignet sich gut als Alternativwerkstoff für herkömmlicherweise aus Blechen hergestellten Formbauteilen, insbesondere im Kraftfahrzeugbau. Schließlich können weitere Funktionen, vorzugsweise Dämmfunktionen zur akustischen und/oder thermischen Dämmung integriert werden. Dadurch kann auf Zusatrwerkstoffe verzichtet und Gewicht und Raum eingespart werden. Das Leichtbauelement ist damit äußerst wirtschaftlich herstell- und einsetzbar.The Lightweight construction element is characterized by simple and automatable Manufacturability and very good strength properties. By the cavities formed between the layers has the lightweight component a very low specific gravity. The cavities act still the tendency to roar contrary, so that the lightweight element compared to conventional sheet metal parts not to the roar under vibration loads tends. The lightweight construction element is in almost every direction at an angle to the plate plane good deformability, so that even difficult deformation requirements simple and also automatically feasible. The lightweight construction element can be deformed by deep drawing and is basically good non-deformable. It is well suited as an alternative material for conventionally Sheet metal molded parts, especially in motor vehicle construction. After all can other functions, preferably insulating functions for acoustic and / or thermal insulation to get integrated. This eliminates the need for additional materials and weight and space can be saved. The lightweight construction element is thus extremely economical can be produced and used.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen:Further Advantages and features of the invention will become apparent from the following Description based on the figures. Showing:
In den Figuren sind unterschiedlichste Ausführungsformen für Leichtbauelemente und dafür verwendbare Schichtelemente gezeigt.In The figures are a variety of embodiments for lightweight components and usable for that Layer elements shown.
Rein
schematisch ist in
Bei
dem in
In
den
Ein ähnliches
Leichtbauelement mit verbesserten Festigkeitseigenschaften ist in
den
Als Zwischenlagen kommen alle Arten von Gestricken, Gewirken, auch Filze und Wollmatten, beispielsweise auch aus Aluminium, in Frage. Auch können die jeweiligen Eigenschaften durch Modifikationen der einzelnen Schichten beeinflußt werden.When Liners come in all types of crocheted, knitted fabrics, even felts and wool mats, for example, aluminum, in question. Also, the respective properties by modifications of the individual layers affected become.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind hinsichtlich der Erfindung nicht beschränkend nur zur Erläuterung aufgeführt.The shown embodiments are not limiting with respect to the invention for explanation only listed.
- 11
- glattes Schichtelementsmooth layer element
- 22
- strukturiertes Schichtelementstructured layer element
- 33
- gerundetes Noppenblechrounded knobbed plate
- 44
- eckiges Noppenblechsquare knobbed plate
- 99
- Leichtbauelementlightweight construction element
- 1111
- Leichtbauelementlightweight construction element
- 1313
- Lochblechperforated sheet
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Publication number | Publication date |
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DE4412865A1 (en) | 1995-10-19 |
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: H. WILHELM MECKENSTOCK GMBH, 40822 METTMANN, DE DI |
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