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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Strukturbauteil, vorzugsweise zum Stützen einer Struktur, zur Führung und/oder zur Speicherung von Fluiden, wobei das Strukturbauteil zumindest zwei Schichten aufweist, die miteinander verbunden sind, sowie ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem solchen Fahrzeug-Strukturbauteil.
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Strukturbauteile in Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, übernehmen in der Regel verschiedene Funktionen beispielsweise nehmen Strukturbauteile Kräfte und Momente auf und leiten diese weiter oder sie stabilisieren eine übergeordnete mechanische Struktur. Generell dienen Strukturbauteile bzw. ein Strukturbauteil auch dazu, Kabel und Rohre in Fahrzeugen aufzunehmen, um zum einen durch Verkleidung der Rohre einen ästhetischen Anblick dem jeweiligen Nutzer zu gewähren und zum anderen um Verletzungen zu vermeiden. Somit wird durch die Führung von Fluiden, Kabeln und Rohren die sichere Benutzung eines Fahrzeuges gewährleistet.
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Bisherige Lösungen für z. B. eine Klimaanlage eines Fahrzeuges, insbesondere eines Automobiles oder Flugzeuges, sehen vor, kühle Luft zu erzeugen und diese über Rohre und Schläuche von einer Klimaanlage hin zu einem Auslass im Fahrzeuginnenraum zu transportieren, wo die Luft eingeblasen wird.
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Ferner werden Flüssigkeiten innerhalb eines Fahrzeuges in separaten Behältern vorgehalten. So dient beispielsweise der Bremsflüssigkeitsbehälter der Bevorratung, um stets ausreichend Flüssigkeit zur Aktivierung von hydraulischen Bremsen zur Verfügung zu stellen. Der Behälter ist über Schläuche mit den Bremsen verbunden.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass bisherige Lösungen eine Trennung von Strukturbauteilen und Medienführungs- und/oder Speicherungskomponenten beispielsweise für Temperierungs- und/oder Klimatisierungsfunktionen vorsehen. Anders ausgedrückt, erfolgt derzeit eine Medienführung und/oder Speicherung in separat ausgebildeten Schläuchen, Rohren, Behältern, Kanälen oder vergleichbaren Bauteilen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug-Strukturbauteil anzugeben, das Medienführungs- und/oder Speicherungsfunktionen übernimmt, ressourcenschonend erstellt werden kann und dabei zugleich eine Verminderung der Kosten für ein Strukturbauteil eines Fahrzeuges gestattet. Ferner soll ein Fahrzeug mit einem solchen Strukturbauteil geschaffen werden.
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Die vorgenannte Aufgabe wird hinsichtlich des Fahrzeug-Strukturbauteiles erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1, hinsichtlich des Fahrzeuges erfindungsgemäß durch Anspruch 11 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Fahrzeug-Strukturbauteil zumindest zwei Schichten aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei die zumindest zwei Schichten mindestens einen Hohlraum bilden. In einem solchen Hohlraum können Fluide geführt werden. Ferner spart eine derartige Ausgestaltung Zeit und Montagekosten ein, da keine weiteren Montageschritte für das Einbringen von Rohren für die Führung von Fluiden notwendig sind. Des Weiteren kann somit Material und folglich auch Gewicht eingespart werden, wodurch ein Fahrzeug-Strukturbauteil in Leichtbauweise erstellbar ist.
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Insbesondere ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine Hohlraum fluiddicht ist. Die Bildung eines fluiddichten Hohlraumes innerhalb eines Fahrzeug-Strukturbauteiles hat den Vorteil, dass gleichzeitig bei Erstellung des Bauteiles eine Führung und/oder eine Speicherung für ein Fluid innerhalb des Bauteiles integriert werden kann. Auf diese Weise kann zum einen ein Rohr, das normalerweise innerhalb des Strukturbauteiles eingesetzt wird, eingespart werden. Zum anderen ist es nicht mehr notwendig, beim Erstellen eines Strukturbauteiles Hohlräume und/oder Vorrichtungen vorzusehen, in die später Rohre eingesetzt werden. Eine fluiddichte Ausgestaltung hilft nicht nur Fluide ohne Rohre zu führen, sondern auch die Umwelt zu schützen.
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Ferner wird auch der Schritt des Einbaus eines Rohres innerhalb eines Fahrzeug-Strukturbauteiles eingespart, so dass ein solches Bauteil schneller erstellt werden kann. Insbesondere beim Zusammenwirken eines Strukturbauteiles mit anderen Bauteilen eines Fahrzeuges dient die Integration eines fluiddichten Hohlraumes in ein Strukturbauteil dem schnelleren Erstellen des Fahrzeuges, in das ein derartiges Fahrzeug-Strukturbauteil eingesetzt werden kann.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn die zumindest zwei Schichten miteinander verbunden sind. Somit kann auf einfache Weise die Dichtigkeit der zumindest zwei Schichten, die mindestens einen fluiddichten Hohlraum bilden, gewährleistet werden. Auf diese Weise kann auch die Bauteilsicherheit erhöht werden. Insbesondere eine unmittelbare Verbindung der zumindest zwei Schichten ist bevorzugt, da somit die Sicherheit der Dichtigkeit weiter erhöht werden kann.
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Für die Verbindung der zumindest zwei Schichten des Strukturbauteiles kommen beispielsweise mechanische Fügeverfahren, wie das Nieten, Clinchen, Bördeln oder thermische Fügeverfahren, wie das Schweißen oder Löten, aber auch chemische Verfahren mit Klebstoffen zum Einsatz, die unempfindlich gegenüber dem zu fördernden Medium ausgebildet sind.
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Aufgrund ihrer Einfachheit und der geringen Teileanzahl ist die Erfindung für den Leichtbau, insbesondere von Fahrzeugen aller Art, wie z. B. Flugzeugen, Schienenfahrzeugen oder Automobilen, aber auch im Hinblick auf eine kostengünstige Fertigung von Bedeutung ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Vorzugsweise weist ein Fahrzeug-Strukturbauteil bei wenigstens einem der zumindest zwei Schichten eine profilierte Form auf. Somit kann auf simple Weise ein Hohlraum zwischen zwei Schichten, von denen wenigstens eine profiliert ist, gebildet werden. Neben der bereits genannten Gewichtsreduktion kann gleichzeitig die Profilierung als zusätzliche Versteifung des Bauteiles und einer übergeordneten Baugruppe dienen.
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Je nach Form der wenigstens einen Schicht kann die Belastungsrichtung des Strukturbauteiles angepasst werden. Dementsprechend kann für den jeweiligen Belastungsfall ein günstiges Flächenträgheitsmoment bzw. eine günstige Form, die die einwirkenden Kräfte und Momente kompensieren kann, gewählt werden. Als Profile eignen sich beispielsweise Schichten, die ähnlich einem (Doppel-)T-, U-, TH-, Z-, L-, Hollandprofil, einer Spundwand oder einer Kombination der vorgenannten Profile ausgebildet sind.
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Aufgrund der zusätzlichen Versteifung des Strukturbauteiles durch die Profilierung kann gleichzeitig die Dicke der Schichten herabgesetzt werden, wodurch weiter Gewicht eingespart wird.
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Bevorzugt ist es, wenn zumindest eine Schicht des Fahrzeug-Strukturbauteiles wellenförmig ausgebildet ist. Eine derartige Form kann mit bereits bestehenden Maschinen auf einfache Weise erstellt werden.
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Unter einer wellenförmigen Ausbildung wird nicht nur eine einem Wellblech ähnliche Form verstanden, sondern auch andere Formen, wie z. B. eine Form ähnlich einem Trapezblech, aber auch eine Kombination von beiden Formarten sowie eine Variation einer Formart innerhalb einer wellenförmig ausgebildeten Schicht. Das bedeutet, dass am Beispiel einer Form ähnlich eines Trapezbleches sowohl die Stege als auch die Sicken ebenfalls profilierte Formen aufweisen können.
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Selbstverständlich kann die wellenförmige Ausbildung auch mit den vorgenannten Profilen erstellt werden. So kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer U- und/oder L-Profile eine Welle nachempfunden werden. Auch weitere Möglichkeiten, die ein Profil mit einem Trapezblech oder einem Wellblech kombinieren, sind möglich. Wichtig ist einzig, dass die zumindest zwei Schichten, unabhängig mit welchem Profil sie ausgestaltet sind, zusammen mindestens einen Hohlraum bilden.
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Vorteilhafterweise kann jede einzelne Schicht Glas, Keramik, Metall, Textilien, Schäume, Kunststoffe und/oder organische Produkte, sowie einen Verbundwerkstoff bestehend aus einer Kombination der vorgenannten Materialien aufweisen.
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Vorzugsweise sind die Stege und/oder Sicken bzw. die Berge und/oder Täler der Wellenform der zumindest einen Schicht mit zumindest einer weiteren Schicht verbunden sind. Somit kann auf einfache Weise zwischen zwei Bergen und/oder Tälern ein Hohlraum gebildet werden, wobei in einer konkreten Ausgestaltung das offene Tal zwischen zwei Bergen beispielsweise durch eine eben ausgebildete Schicht verschlossen werden kann.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die zumindest zwei Schichten des Strukturbauteiles wellenförmig auszubilden, wobei vorzugsweise die Berge der beiden Schichten miteinander verbunden sind, um einen Hohlraum zubilden. Auch ist es möglich eine wellenförmige Ausbildung mit einer profilähnlichen Form zu verbinden oder zu kombinieren. Der Gestaltungsfreiheit hinsichtlich Formen sind nur durch den Zweck, nämlich der Bildung mindestens eines Hohlraumes, der einen gewünschten Verlauf folgt, Grenzen gesetzt.
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Hinsichtlich des Verlaufs innerhalb des Fahrzeug-Strukturbauteiles ist es bevorzugt, wenn der Hohlraum geradlinig, geschwungen und/oder mäanderförmig ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise der Weg eines Fluides verlängert oder verkürzt werden, je nachdem ob das Fluid schnell oder langsam weiter transportiert werden soll. An einer Stelle mit z. B. mäanderförmig ausgestaltetem Verlauf verweilt das zu fördernde Fluid länger an einem Flächenabschnitt des Strukturbauteiles. Ein solcher Verlauf eignet sich vorzugsweise für Wärmetauschaufgaben, insbesondere für Kühlflüssigkeiten eines Fahrzeuges oder zum Erwärmen eines Fahrzeuginnenraumes.
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Hingegen kann durch die Gestaltung des Hohlraumes mittels eines geradlinigen Verlaufes ein Fluid schnell durch das Strukturbauteil strömen. Ein solcher Verlauf wird vorzugsweise bei klimatisierter Luft verwendet, um ein Aufwärmen zu verhindern.
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Vorzugsweise ist der mindestens eine Hohlraum als ein Reservoir zur Speicherung ausgebildet. So kann z. B. ein herkömmlicher Behälter für Kühlflüssigkeit in einem Fahrzeug durch ein Strukturbauteil mit einem Reservoir ersetzt werden. Ein Reservoir kann beispielsweise ähnlich einen Tank eines Automobiles, also als großer Behälter bzw. Raum, ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich ein Reservoir zu bilden, das innerhalb des Strukturbauteiles mäanderförmig, geradlinig und/oder geschwungen verläuft und somit einen ausreichenden Raum bildet.
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Ferner ist der Querschnitt des mindestens einen Hohlraumes variabel. Auf diese Weise kann der Hohlraum in seinem Verlauf innerhalb des Strukturbauteiles auch beispielsweise eine Venturi-Düse bilden. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluides variiert werden, wobei klimatisierte Luft mit geringer Geschwindigkeit z. B. beim Einlass in einen Fahrzeuginnenraum einen sogenannten Luftzug vermeidet, der eine Luftbewegung infolge einer Luftdruckdifferenz ist.
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Um das Fahrzeug-Strukturbauteil innerhalb einer Baugruppe einzufügen, ist es günstig, wenn das Bauteil wenigstens einen Anschluss aufweist. Somit kann das Strukturbauteil innerhalb einer Baugruppe eines Fahrzeuges einfach eingebunden und verbunden werden. Der wenigstens eine Anschluss kann als Zu- und/oder Abfluss dienen. Dieser kann in dem Strukturbauteil gleich so ausgebildet sein, dass der Zufluss eines Strukturbauteiles mit dem Abfluss eines weiteren Bauteiles verbindbar ist. Auf diese Weise ist eine einfache Verbindung möglich, ohne dass Rohre, Schläuche oder sonstige Verbindungsteile eine Verbindung zwischen beiden Strukturbauteilen schaffen müssen.
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Günstigerweise weist das Strukturbauteil eine Vielzahl von Hohlräumen auf. Auf diese Weise ist es möglich, dass ein Strukturbauteil zugleich mehrere Aufgaben übernimmt. So kann beispielsweise ein Hohlraum für ein Fluid bzw. Luft einer Klimaanlage bestimmt sein, wohingegen ein weiterer Hohlraum für Wasser zum Beheizen des Fahrzeug-Strukturbauteiles vorgesehen sein kann.
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Folglich wird durch die Schaffung von mehreren Hohlräumen in einem Strukturbauteil die Teilezahl im Vergleich zu aktuellen Lösungen mit Rohren und Schläuchen weiter reduziert. Auch kann ein Fahrzeug-Strukturbauteil sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen eingesetzt werden. Dies führt zu einer Gewichtsreduzierung im Vergleich zu konventionellen Lösungen.
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Auch besteht durch eine solche Vielzahl von Hohlräumen die Möglichkeit zur Integration von steuer- und regelbaren Funktionen innerhalb eines Strukturbauteiles.
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Ferner ist es von Vorteil, wenn die Vielzahl von Hohlräumen wenigstens ein Netzwerk bildet. Somit ist es möglich, dass im Zusammenspiel mehrerer Hohlräume Speicher-, Zu- und Ableitungsfunktionen in einem Netzwerk bzw. Kreislauf erfüllt werden.
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Dabei ist es günstig, wenn das wenigstens eine Netzwerk offen und/oder geschlossen ausgebildet ist. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Steuerkreislauf, der mit Druckluft beaufschlagt ist, vor einem Überdruck bewahrt werden, indem ein Hohlraum mit einem Überdruckventil von dem geschlossenen Netzwerk abzweigt. Unter offenen Netzwerken wird vorzugsweise verstanden, dass sich bei diesen beispielsweise ein Hohlraum in zwei Hohlräume verzweigt. Günstigerweise ist an der Verzweigung bzw. in der Gabelung von einem auf zwei Hohlräume eine Steuereinheit angeordnet ist, die in Abhängigkeit von Steuer- und Regelkommandos, also je nach Anforderung, die unterschiedlichen Hohlräume miteinander verbindet. Auf diese Weise kann z. B. eine Druckluftquelle mit einem Verbraucher verbunden werden. Auch kann innerhalb eines Hohlraumes ein Fluid unter Druck bevorratet werden, wodurch sich die Möglichkeit zur Speicherung in Strukturbauteilen bietet. Auch können auf diese Weise plötzliche Stellmaßnahmen in beispielsweise einen Fahrwerk eines Fahrzeuges erzeugt werden, ohne dass Druck auf ein Fluid zuerst erzeugt werden muss.
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Auch ist es von Vorteil, wenn sich der mindestens eine Hohlraum über die gesamte Länge des Strukturbauteiles erstreckt. Auf diese Weise kann er an beiden Enden leicht kontaktiert werden und sich somit optimal in eine Baugruppe einfügen. Auch kann somit das gesamte Fahrzeug-Strukturbauteil zum Beheizen oder Kühlen genutzt werden.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, geht der Erfindungsgedanke dahin, Medien wie Fluide zu führen und/oder zu speichern, wobei die Führung und/oder Speicherung in Fahrzeugen, Flugzeugen, Verkleidungen von Flugzeugen, Strukturen, Behältnissen oder Blechbauteilen verwendet werden kann. Insbesondere dienen solche Führungen und/oder Speicherungen dazu, geschlossene und/oder offene Räume zu temperieren bzw. zu klimatisieren, Geräusche zu dämmen und Ladungen zu speichern.
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Folglich umfasst der Erfindungsgedanke die Integration von Medienführungs- und/oder Speicherungsfunktionen in Strukturbauteilen, wie z. B. für Temperierungs-/Klimatisierungsfunktionen, Dämpfung von Schwingungen, Dichteänderungen, Ladungsspeicherung, Viskositätssteuerung eines Mediums. Wie bereits oben erwähnt, weist das Strukturbauteil zumindest zwei Schichten auf, die miteinander verbunden sind. Jede Schicht kann teilweise oder komplette Glas, Keramik, Metall, Textilien, Kunststoffe und/oder organische Produkte, oder eine Kombination der genannten Materialien aufweisen.
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Ferner besteht die Möglichkeit, weitere Teile oder Schichten eines Strukturbauteiles durch Pulverung, Beschichtung, Folierung, Laminierung oder weitere Verfahren aufzubringen.
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Die Geometrie des Bauteils kann sowohl eben, wie auch nicht eben ausgeführt sein. Ferner ist sie skalierbar und an diverse Anforderungen anpassbar.
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Ein derartig ausgebildetes Strukturbauteil ist insbesondere dazu geeignet, durch umformtechnische Einbringung von geeigneten Strukturen, und unter Zuhilfenahme von geeigneten Medien Bodenbleche oder Fahrzeugdächer zu temperieren.
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Ferner ist es möglich, Öl- oder Bremsleitungen durch die Einbringung mindestens eines fluiddichten Hohlraumes in Fahrzeug-Strukturbauteilen zu realisieren.
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Somit können die vorgenannten Strukturen bzw. Formen einerseits Speicherungs-, Zu- und Ableitungsfunktionen in einem geschlossenen oder offenen Kreislauf erfüllen. Andererseits ist auch die Kombination mit Temperierungs-/Klimatisierungsfunktionen oder deren alleinige Darstellung möglich.
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Ferner wird die Realisierung von Kreisläufen und Speicherungsfunktionen in Fahrzeug-Strukturbauteilen ermöglicht. Der Verschluss der erzeugten Strukturen zur Sicherung vorgesehener Kreisläufe oder Speicher erfolgt vorzugsweise fügetechnisch in den gleichen Fertigungslinien oder beispielsweise durch Ventile. Ventile lassen im Überdruckfall den Druck im System absinken und erhöhen somit die Fahrzeugsicherheit.
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Die Vorteile des vorgestellten Strukturbauteils mit seinen Merkmalen sind eine Kostenreduzierung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen, die Möglichkeit zur Integration von steuer- und regelbaren Funktionen in Strukturbauteilen, eine gleichmäßige Fahrzeugtemperierung/Klimatisierung sowie eine zusätzliche Versteifung einer Baugruppe durch die eingebrachten Strukturen bei gleichzeitiger Reduzierung der Blechdicke.
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Die vorbeschriebenen Merkmale, die alle der Ausbildung eines Strukturbauteiles dienen, sind frei miteinander kombinierbar. So ist es beispielsweise möglich, durch Temperierungs-/Klimatisierungsmedien, die durch eine Kombination von Hohlräumen mit unterschiedlichen Querschnitten und Formen strömen, Schwingungen zu dämpfen.
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Zusammengefasst kann ein Fahrzeug-Strukturbauteil in allen Arten von Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, Flugzeugen oder Schienenfahrzeugen, aber auch bei Waserfahrzeugen eingesetzt werden.
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Das Fahrzeug-Strukturbauteil, ausgestaltet gemäß den vorgestellten Merkmalen, ist insbesondere für die Temperierung von Boden- und Deckenelementen in einem Fahrzeuginnenraum verwendbar. Auf diese Weise wird nicht über eingeblasene Luft, wie üblich, beheizt oder gekühlt, sondern über den Boden oder die Decke, die beide von einem Strukturbauteil gebildet werden. Somit wird nicht ein Fluid zum direkten Wärmen oder Kühlen genutzt, sondern das Fahrzeug-Strukturbauteil, das seine Wärme vom Fluid bezieht, erwärmt bzw. kühlt den Innenraum. Folglich kann der mindestens eine Hohlraum je nach Verwendung als Heizkanal oder Kühlkanal dienen.
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Im Vergleich mit einer Luftheizung sind somit deutlich niedrigere Temperaturen des Fluides notwendig, um dieselbe Behaglichkeit für eine Person zu erreichen. Hierbei wird unter dem Begriff Behaglichkeit der Luftzustandsbereich bezeichnet, bei dem sich der Mensch hinsichtlich Umgebungstemperatur und anderen Faktoren wie Raumluftqualität am wohlsten fühlt.
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Damit ein Fluid auf effektive Weise die Wärme auf das Strukturbauteil überträgt, ist es von Vorteil, wenn das Fluid ein flüssiges Medium, wie z. B. Wasser ist. Damit die Wärme in Richtung eines Fahrzeuginnenraumes abgestrahlt wird, ist es bevorzugt, wenn wenigstens eine der Schichten des Fahrzeug-Strukturbauteiles auf der dem Fahrzeuginnenraum abgewandten Seite von mindestens einem Hohlraum ein Dämmmaterial aufweist. Somit kann gewährleistet werden, dass ein Großteil der Wärme des Fluides nicht ungenutzt nach außen abgestrahlt wird, sondern nutzbar in den Innenraum gelangt. Folglich kann die Energiebilanz verbessert werden.
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Die vorgestellten Strukturbauteile sind insbesondere geeignet, bei Fahrzeugen, wie Landfahrzeugen, wie z. B. bei einem Schienenfahrzeug oder einem Kraftfahrzeug, aber auch bei Luft- oder Wasserfahrzeugen (Flugzeuge, Schiffe oder Boote) eingesetzt zu werden. Insbesondere für elektromobile Fahrzeuge, wie Automobile und Schienenfahrzeuge, ist das vorgestellte Fahrzeug-Strukturbauteil interessant, da deren Energieverbrauch gesenkt werden kann. Dies wiederum schont die Batterie bzw. die Energiequelle des Fahrzeuges.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt, schematisch:
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1 ein Strukturbauteil nach einem ersten Ausführungsbeispiel in Schnittdarstellung (Teildarstellung),
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2 ein Strukturbauteil nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht (Schnittdarstellung, Teilansicht),
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3 eine Schnittansicht nach einem dritten Ausführungsbeispiel (Teilansicht),
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4 eine Schnittansicht nach einem vierten Ausführungsbeispiel (Teilansicht),
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5 einen Wärmetauscher in seitlicher Schnittansicht nach einem weiteren Ausführungsbeispiel (Teilansicht),
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6 unterschiedliche Verläufe eines Hohlraumes innerhalb eines Strukturbauteiles nach einem weiteren Ausführungsbeispiel (Teildarstellung), und
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7 einen Rahmen eines Kraftfahrzeuges mit Strukturbauteilen, in schematischer, perspektivischer Teildarstellung.
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1 zeigt in einer geschnittenen Seitenansicht eine erste Ausführung eines Fahrzeug-Strukturbauteiles 1, das vier Schichten A, B, C, D aufweist, wobei die äußere Schicht A zum Inneren eines nicht dargestellten Fahrzeuginnenraumes zeigt.
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Alle vier Schichten weisen unterschiedliche Formen auf. Schicht A ist als ebene Fläche mit einer konstanten Schichtdicke ausgebildet. Unterhalb der äußeren Schicht A ist die innere Schicht B angeordnet, die eine profilierte Form aufweist. In der dargestellten Schnittansicht weist das Profil der Schicht B einen wellenförmigen Verlauf auf, bei dem ein Großteil der Schicht B eben ausgebildet ist. Die Bereiche, die flächig bzw. eben an der Schicht A anliegen, entsprechen Wellenbergen 3, wohingegen die Bereiche, die sich aus einer parallelen Ebene zur Schicht A zur Fahrzeuginnenraum abgewandten Seite erheben, Wellentälern 4 entsprechen.
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Auch die Schicht B weist eine konstante Dicke auf. Aufgrund dieser Tatsache und durch die Formung ähnlich einer Welle, entsteht ein Hohlraum 2, der zusammen von einem Wellental 4 und der gegenüberliegenden flachen Schicht A gebildet wird. Der Hohlraum 2 ist fluiddicht ausgebildet. D. h., die sich berührenden Flächen der Schichten A und B sind miteinander derart verbunden, dass ein in dem Hohlraum 2 geführtes Fluid nicht aus diesem entweichen kann.
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Mit der inneren Schicht B ist die äußere Schicht D verbunden. Schicht D weist eine profilierte Form auf, bei der die Schicht als ebene Platte ausgebildet ist, die Erhebungen auf ihrer Unterseite hat. Anders ausgedrückt, sind auf der Unterseite der Schicht D Noppen 5 angeordnet, die in 1 eine strukturierte raue Oberfläche bilden. Im Gegensatz zu den Schichten A und B hat Schicht D keine konstante Dicke. Zwar ist die Schichtdicke zwischen zwei Noppen 5 konstant, jedoch sind diese selbst massiv. D. h., es bildet sich kein Hohlraum unterhalb einer Noppe.
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Aufgrund der Verbindung der Schichten B und D sind die Täler 4 der Schicht B mit der ebenen Oberfläche der Schicht D verbunden. Durch das Strömen eines Fluides durch die Hohlräume 2 können Schwingungen in Abhängigkeit der Durchflussgeschwindigkeit hervorgerufen werden. Um diese zu dämpfen, ist zwischen der Schicht D und B die Schicht C angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist die Schicht C aus einem Schaummaterial ausgebildet, das in die Zwischenräume zwischen Schicht B und D eingespritzt wird. Die Schichten B und D werden dadurch zusätzlich miteinander verklebt. Auch durch die Klebeverbindungen wird Schwingungsenergie dissipiert.
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Alternativ ist es selbstverständlich möglich, den Schichtverbund A, B, C und D durch andere geeignete Maßnahmen zu erstellen, wie z. B. Nieten, Clinchen, Bördeln, Schweißen, Löten und/oder eben durch Kleben.
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Im Falle der Verwendung des eines Fahrzeug-Strukturbauteiles als Bodenelement mit integriertem Heizelement kann das Schaummaterial wärme-isolierende Eigenschaften aufweisen, bzw. als Dämmmaterial ausgestaltet sein. Auf diese Weise ist es möglich, Energie für Heizung, aber auch für Kühlung des Fahrzeuginnenraumes einzusparen. Dadurch wird insbesondere die Batterie eines Fahrzeuges mit Elektroantrieb bzw. die Energiequelle des Fahrzeuges geschont, wodurch sich dessen Reichweite erhöht.
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Hinsichtlich des Materials einer Schicht kann jede einzelne Schicht Glas, Keramik, Metall, Textilien, Kunststoffe, Schaummaterial und/oder organischen Produkten aufweisen, sowie einem Verbundwerkstoff bestehend aus mehreren der vorgenannten Materialien.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der das Strukturbauteil ebenfalls vier Schichten A, B, C und D aufweist. Im Gegensatz zu 1 sind die Schichten A und B flächig bzw. eben, d. h. ohne Strukturierung, ausgebildet. Hingegen sind die Schichten C und D ähnlich strukturiert, wobei beide einen wellenförmigen Verlauf mit Bergen 3 und Tälern 4 aufweisen. Hierbei liegen die jeweiligen Täler ineinander bzw. wurden beide Schichten gleichzeitig profiliert.
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Im Gegensatz zu 1 weisen die Schichten A, B, C und D unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Dicken auf. Die unterschiedlichen Schichtdicken und Materialien bezwecken eine Dämpfung von Schwingungen, hervorgerufen durch ein Temperierungs-/Klimatisierungsmedium wie Luft, und eine Wärmeisolierung.
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Ferner bilden die Täler 4 an der Außenseite des Strukturbauteiles 1 Erhebungen bzw. auf der Unterseite der Schicht D Noppen 5 aus, die eine Strukturierung auf der Oberfläche bilden.
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Ähnlich zu 1 entsteht durch die Formung ähnlich einer Welle zwischen zwei Wellenbergen 3 ein Wellental 4, wobei das Wellental 4 im Zusammenspiel mit der gegenüberliegenden flachen Schicht B einen Hohlraum 2 bildet. Dieser Hohlraum 2 ist fluiddicht ausgebildet.
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Auf diese Weise ist ein solch ausgebildetes Strukturbauteil in der Lage, beispielsweise Hydrauliköl einer Bremse zur Verfügung zu stellen. Auch kann somit Kraftstoff vom Tank hin zum Motor gepumpt werden. Auch kann ein derartiges Fahrzeug-Strukturbauteil auch zum Beheizen und/oder Kühlen eines Fahrzeuginnenraumes verwendet werden.
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Ferner sind alle vier Schichten miteinander verbunden, d. h. im vorliegenden Beispiel sind sie über eine Schweißnaht (nicht dargestellt) miteinander verbunden. Die Schweißnaht zwischen zwei Tälern 4 bzw. auf dem Berg 3 verläuft parallel zum Hohlraum 2. Somit ist es auf einfache Weise möglich, einen fluiddichten Hohlraum 2 zu bilden.
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Günstigerweise bestehen die Schichten A, B, C und D aus Metall und werden gleichzeitig miteinander verschweißt. Dies spart Kosten und vereinfacht den Herstellungsprozess eines Strukturbauteiles. Auch ist es möglich, die Schichten durch alternative Verbindungsverfahren, wie das Kleben oder eine Kombination von Kleben und Schweißen, miteinander zu verbinden.
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Im Gegensatz zu den vorgestellten Ausführungsformen in 1 und 2 zeigt 3, dass ein Strukturbauteil 1 auch aus nur zwei Schichten A und B ausgebildet sein kann. Hierbei ist die Anordnung aus 3 umgekehrt zu den Anordnungen aus 1 und 2. Das heißt, dass die profilierte Schicht A oberhalb einer nicht profilierten ebenen Schicht B angeordnet ist.
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Die Profilierung der Schicht A zeigt zum Fahrzeuginnenraum, d. h. nach oben, wobei die Profilierung so ausgebildet ist, dass ein nach oben zeigender Berg 3 zwischen zwei Tälern 4 entsteht, unter dem sich ein Hohlraum 2 bildet. Dieser Hohlraum ist durch die Schicht B, die direkt an der Schicht A angeordnet ist, fluiddicht gestaltet. Jeder Berg 3 entspricht gleichzeitig einer Noppe 5, wodurch im Fahrzeuginnenraum eine strukturierte Oberfläche geschaffen wird. Diese kann beispielsweise die Oberseite eines Fahrzeugbodens sein, der durch seine Struktur ein Rutschen von Personen verhindert.
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Die Täler 4 der Schicht A liegen flächig an der Schicht B an, wohingegen die Berge 3 die Noppen 5 bilden. Die Abfolge von Tälern 4 und Bergen 3 erinnert an ein wellenförmiges Profilblech. Die beiden Schichten A und B sind miteinander über Schweißnähte (nicht dargestellt) verbunden, die parallel zu den Hohlräumen 2 verlaufen.
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Für das flächige Verbinden der Ausführungsformen in den 1 bis 3 von mehreren aneinanderliegenden Schichten eignet sich insbesondere das Rührreibschweißen oder das Schutzgasschweißen.
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Die Erstellung einer profilierten Schicht kann beispielsweise im Falle von duktilen Werkstoffen durch Formpressen, durch Erstellen von Sicken und/oder Formwalzen erfolgen.
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4 zeigt eine alternative Ausführung der Erfindung, bei der das Strukturbauteil 1 vier Schichten A, B, C und D aufweist. Im Gegensatz zu den bereits vorgestellten Ausführungsformen weist das Strukturbauteil 1 aus 4 keine von außen sichtbaren Noppen auf. Ferner werden Hohlräume 2 nicht durch ein wellenförmiges Profil geschaffen.
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Stattdessen werden die Hohlräume 2 von zwei aneinandergrenzenden Schichten gebildet, jedoch befindet sich in jeder Schicht ein Teil eines Hohlraumes, sodass im Bereich des Hohlraumes innerhalb einer Schicht die Schichtdicke der jeweiligen Schicht herabgesetzt ist.
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Im vorliegenden Fall sind Hohlräume 2 zwischen den Schichten A-B, B-C und C-D angeordnet. Eine derartige Ausgestaltung weist zwar nicht die mechanische Stabilität der Ausführungen aus 1 bis 3 auf, ist jedoch so filigran ausgestaltbar, dass Fluide in einem Bauteil mit möglichst kleiner Querschnittsfläche strömen können. Dies eignet sich insbesondere für die Belüftung eines Raumes oder dessen Temperierung. Auch ist auf diese Weise eine gleichmäßigere Fahrzeugtemperierung/Klimatisierung im Vergleich zu herkömmlichen Konzepten möglich, da Wärme auf eine große Fläche übertragen werden kann.
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Um ein Strukturbauteil 1 gemäß 4 zu erzeugen, werden die einzelnen Schichten vor dem Zusammenfügen mit Kanälen versehen. Erst durch die Aneinanderreihung der Schichtfolgen ergeben sich die Hohlräume 2. Je nach Werkstoff der einzelnen Schichten werden die Kanäle gefräst, gepresst, rinnenförmige Vertiefungen, sog. Sicken in ein Blech gedrückt, oder gegossen.
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In 5 ist ein Wärmetauscher 6 mit fluiddichten Hohlräumen 2 dargestellt. Der Wärmetauscher weist vier Schichten A, B, C und D auf, wobei A und D eben ausgebildet sind. Die Schichten B und C hingegen sind wellenförmig ausgebildet, wobei die Berge 3 der Schicht A auf den Tälern 4 der Schicht B und umgekehrt übereinanderliegen, sodass Hohlräume 2 gebildet werden.
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Aufgrund der wellenförmigen Profilierung entstehen nicht nur Hohlräume zwischen den Schichten B und C, sondern auch zwischen den Schichten A und B, sowie C und D. Zur Ausbildung der fluiddichten Hohlräume sind die Schichten miteinander verbunden. Dies ist angedeutet durch Punkte an den Verbindungsstellen.
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In den Hohlräumen 2 strömen zwei Stoffe, wobei der eine Stoff in die Zeichenebene hinein strömt (dargestellt mit x) und der andere aus der Ebene heraus (dargestellt mit einem Punkt). Somit werden die Stoffe so geführt, dass sie entgegenkommend aneinander vorbei strömen.
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Dabei werden die Temperaturen der Stoffströme getauscht, wobei ein vorher kaltes Medium um einen Temperaturbetrag von dem heißen Medium erwärmt wird. Durch diesen Wärmeübergang wird das heiße Medium um den abgegebenen Temperaturbetrag gekühlt.
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In der Mitte des Wärmetauschers 6 ist ein alternativer Formverlauf eines wellenförmigen Profils dargestellt, bei dem die Schichte B zwischen zwei Bergen 3 der Schicht C einen doppel-S-förmigen Verlauf aufweist. Auf diese Weise kann beispielsweise der Kühlmittelstrom vergrößert werden, um den Warmstrom im Wärmetauscher auf eine tiefere Temperatur zu kühlen. Außerdem steht mit einer solchen Ausgestaltung eine größere Oberfläche für den Wärmetausch bereit. Derartige Formverläufe für eine Schicht sind selbstverständlich auch auf die anderen vorgestellten Ausführungsbeispiele anwendbar.
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6 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungen eines Hohlraums innerhalb eines Strukturbauteiles 1 in Draufsicht. So zeigen die 6, wie sich der Querschnitt eines Hohlraumes 2 verändern kann. Konkret zeigt 6a) eine Querschnittverengung mit anschließender Aufweitung, wohingegen 6b) eine Aufweitung des Querschnitts eines Teils eines Hohlraumes 2 darstellt.
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6c) stellt einen Vorratsbehälter bzw. ein Reservoir 7 für beispielsweise Bremsmittelflüssigkeit dar. 6d) hingegen zeigt in Draufsicht einen mäanderförmigen Verlauf eines Hohlraumes 2 in einem Strukturbauteil 1. Hinsichtlich des Verlaufs innerhalb der Strukturbauteiles ist es auch möglich, den Hohlraum 2 geradlinig, geschwungen und/oder mäanderförmig auszubilden.
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Somit ist es möglich, den Fluss eines Fluides zu steuern. Beispielsweise für den Einsatz des Strukturbauteiles als Klimatisierungsbauteil ist es günstig, wenn für den Austausch von Wärme beispielsweise zwischen einem Kühlmedium und einem Fahrzeuginnenraum eine möglichst große Oberfläche für den Austausch geschaffen wird. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass der mindestens eine fluiddichte Hohlraum innerhalb des Strukturbauteiles mäanderförmig ausgebildet ist. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung muss ein Kühlmedium innerhalb des Strukturbauteiles einen möglichst großen Weg zurücklegen und hat somit genügend Zeit, Wärme mit beispielsweise dem Fahrzeuginnenraum auszutauschen.
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7 zeigt den Einsatzbereich eines Strukturbauteiles 1 nach einem der vorgestellten Varianten aus 1 bis 6 innerhalb eines Rahmens eines Automobils. So kann das Strukturbauteil beispielsweise am Boden des Rahmens angeordnet sein, um als flächige Heizung, ähnlich einer Fußbodenheizung in einem Haus, den Fahrzeuginnenraum gleichmäßig zu beheizen. Hingegen kann ein derartiges Strukturbauteil auch im Fahrzeugdach angebracht sein, ähnlich einer Kühldecke in einem Gebäude, um den Fahrzeuginnenraum gleichmäßig zu kühlen. An der Vorderseite kann ein Strukturbauteil angeordnet sein, um fahrzeugrelevante Flüssigkeiten wie Bremsmittelflüssigkeit, Öl und dergleichen zu bevorraten und zu transportieren.
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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Strukturbauteil, vorzugsweise zum Stützen einer Struktur, zur Führung und/oder zur Speicherung von Fluiden, mit zumindest zwei Schichten, die miteinander verbunden sind, wobei die zumindest zwei Schichten mindestens einen Hohlraum bilden. Somit entfallen Rohre, Schläuche und/oder Führungen für Klimaanlagen sowie Heizungen innerhalb eines Fahrzeuges. Auf diese Weise ist ein derartiges Fahrzeug-Strukturbauteil in Leichtbauweise realisierbar. Durch Hindurchleiten eines Fluides durch den mindestens einen Hohlraum wird nicht Luft zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraumes verwendet, sondern das Fahrzeug-Strukturbauteil selbst, das die Wärme aus dem Fluid bezieht.
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Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass der wichtigste Vorteil der Erfindung darin begründet ist, dass keine separaten Rohre, Schläuche und/oder Führungen für eine Klimaanlage, Heizung oder dergleichen innerhalb eines Fahrzeuges notwendig sind, wobei zugleich nicht Luft zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraumes verwendet wird, sondern das Fahrzeug-Strukturbauteil selbst.
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Folglich ist eine Gewichtsersparnis realisierbar. Damit einhergehend kann die mechanische Stabilität einzelner Baugruppen aufgrund der besonderen Ausgestaltung eines Strukturbauteiles mit dessen Profilierung mechanisch verstärkt werden.
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Ferner ist es möglich, unterschiedliche Fluide innerhalb eines Strukturbauteiles in unterschiedliche Richtungen strömen zu lassen, so dass auch Aufgaben ähnlich einem Wärmetauscher mit Ausgestaltung eines derartigen Strukturbauteiles ausgeführt werden können.
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Des Weiteren können alle Hohlräume 2 in den vorbeschriebenen Figuren senkrecht und/oder waagrecht im Strukturbauteil 1 verlaufen.
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Neben den oben genannten Aufgabenbereichen und Vorteilen eines Strukturbauteiles ist dieses zusätzlich zum Stützen einer Struktur, zur Führung und/oder zur Speicherung von Fluiden auch zur Aufnahme und dem Weiterleiten von Kräften, zur Versteifung, zur Temperierung/Klimatisierung und/oder zur Integration von steuer- und regelbaren Funktionen geeignet.
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Als Fluid durchströmt das Fahrzeug-Strukturbauteil insbesondere ein flüssiges Medium, da dessen Wärmekapazität über der von einem gasförmigen Fluid liegt. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad eines Heiz- oder Kühlelementes erhöht werden, da mehr Wärme auf das jeweilige Fahrzeug-Strukturbauteil transportiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Strukturbauteil, vorzugsweise zum Stützen einer Struktur, zur Führung und/oder zur Speicherung von Fluiden, mit zumindest zwei Schichten, die miteinander verbunden sind, wobei die zumindest zwei Schichten mindestens einen Hohlraum bilden, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Fahrzeug-Strukturbauteil. Somit entfallen Rohre, Schläuche und/oder Führungen für Klimaanlagen sowie Heizungen innerhalb eines Fahrzeuges. Auf diese Weise ist ein derartiges Fahrzeug-Strukturbauteil in Leichtbauweise realisierbar. Durch Hindurchleiten eines Fluides durch den mindestens einen Hohlraum wird nicht Luft zur Temperierung eines Fahrzeuginnenraumes verwendet, sondern das Fahrzeug-Strukturbauteil selbst, das die Temperatur aus dem Fluid bezieht.
