DE202011005339U1

DE202011005339U1 - Leichtbauformteil

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Publication number: DE202011005339U1
Application number: DE202011005339U
Authority: DE
Original assignee: MTA oHG
Current assignee: Koller Beteiligungs Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2021-04-16

Abstract

Leichtbauformteil bestehend aus mindestens einer zellulosehaltigen Wabe (2), die an gegenüberliegenden Seiten (3, 4) mit durch Fasern (6) verstärktem Kunststoff (5) belegt ist, wobei die mindestens eine Wabe (2) Wände (7) aufweist, die sich von einer Seite (3) zur gegenüberliegenden Seite (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion der Schalltransmission durch das Leichtbauformteil (1) hindurch wenigstens ein Teil der Fasern (6) von der Wabe (2) durch mindestens ein Elastomer (8, 9) getrennt ist.

Description

Aus der DE 20 2008 000 254 U1 ist ein Leichtbauformteil bestehend aus einer Wellpappenwabe bekannt, die an beiden Seiten mit faserverstärktem Kunststoff belegt ist. Dieses Materialsystem gestattet sehr hohe Festigkeiten bei gleichzeitig geringstem Gewicht, wobei das Formteil durch Pressen während des Aushärtungsprozesses des faserverstärkten Kunststoffs in praktisch jede beliebige Form gebracht werden kann. Damit kann dieses Leichtbauformteil in all jenen Fällen vorteilhaft eingesetzt werden, in denen es auf ein geringes Eigengewicht ankommt. Dies betrifft insbesondere den Fahrzeug- und Flugzeugbau. Dieses Leichtbauformteil hat sich in der Praxis gut bewährt und bildet den Ausgangspunkt der vorliegenden Neuerung.
Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leichtbauformteil der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sich durch eine geringe Schalltransmission auszeichnet.
Diese Aufgabe wird neuerungsgemäß mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 oder 2 gelöst.
Das Leichtbauformteil gemäß Anspruch 1 besteht aus mindestens einer zellulosehaltigen Wabe, wobei insbesondere an eine Wellpappenwabe gedacht ist. Grundsätzlich kann jedoch auch jede andere zellulosehaltige Wabe eingesetzt werden. Diese hat im Wesentlichen die Aufgabe, dem Leichtbauformteil die nötige Dickenstabilität zu verleihen. Allerdings wäre die zellulosehaltige Wabe für sich allein genommen nicht ausreichend formsteif, so dass ein derartiges Leichtbauformteil ohne weitere Maßnahmen leicht biegbar und demnach für viele Anwendungsfälle ungeeignet wäre. Um dem Leichtbauformteil die nötige Formstabilität zu verleihen, ist die Wabe an den gegenüberliegenden Seiten mit faserverstärktem Kunststoff belegt. Dieser Kunststoff verbindet sich mit der Wabe, wobei die Fasern für eine hohe Zugfestigkeit der Wabe an ihrer Oberfläche sorgen. Da beide Seiten mit dem faserverstärktem Kunststoff belegt sind, ist das Leichtbauformteil ausreichend formstabil. Am Leichtbauformteil angreifende Biegekräfte werden von den Fasern des faserverstärkten Kunststoffs aufgenommen und in die Wabe abgeleitet. Damit die Wabe unter dem Einfluss dieser Biegekräfte nicht kollabiert, ist es wichtig, dass sich die beiden faserverstärkten Kunststoffsysteme verbinden. Dies erfolgt durch Wände der Wabe, die sich von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite erstrecken. Auf das Leichtbauformteil einwirkende Biegekräfte üben auf diese Wände Schubkräfte aus, die von den Wänden abgestützt werden.
Nachteilig an diesem System ist, dass die Wände der Wabe zwangsläufig von einer Seite zur gegenüberliegenden Seite des Leichtbauformteils reichen müssen, um die erforderliche Formsteifigkeit des Leichtbauformteils zu gewährleisten. Damit leiten diese Wände aber auch perfekt Schallwellen von einer Seite des Leichtbauformteils zur gegenüberliegenden Seite. Damit kann ein derartiges Leichtbauformteil in der Regel nicht zur Schallabschirmung genutzt werden, um beispielsweise den Innenraum eines Fahrzeugs vor den Geräuschen eines Motors oder Triebwerks zu schützen. Versuche, ein bekanntes Leichtbauformteil der oben beschriebenen Bauart mit einer schallabsorbierenden Schicht zu belegen, scheiterten an der heftigen Schwingung der Wabe, so dass ein Leichtbauformteil dieser Bauart die auftreffenden Schallwellen als schwer abschirmbaren Körperschall überträgt.
Zur Lösung dieses Problems wird neuerungsgemäß vorgeschlagen, dass wenigstens ein Teil der Fasern von der Wabe durch mindestens ein Elastomer getrennt ist. Dieses Elastomer wird demnach zwischen die Fasern und die Wabe gebracht, so dass das Elastomer zum integralen Bestandteil des Leichtbauformteils wird. Es war nicht zu erwarten, dass das Leichtbauformteil auf diese Weise ausreichend formstabil ist, da die sonst innige Verbindung zwischen dem faserverstärkten Kunststoff und der Wabe durch das Elastomer unterbrochen ist. Dennoch konnte eine ausreichende Formstabilität nachgewiesen werden. Befindet sich das Elastomer auf der Seite der Schallquelle, so verhindert es eine direkte Schwingungsanregung der Wabe, wodurch die Schalltransmission erheblich reduziert ist.
Zusätzlich kann ein entsprechendes Elastomer auch an der gegenüberliegenden Seite zwischen der Wabe und den Fasern vorgesehen sein, um die Schalltransmission weiter zu reduzieren. Vorzugsweise sind alle Fasern von der Wabe durch das Elastomer getrennt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders geringe Schalltransmission durch das Leichtbauformteil.
Alternativ kann das Elastomer gemäß Anspruch 2 auch zwischen zwei Waben vorgesehen sein. Das Elastomer kann dabei mit ein oder zwei Waben verklebt sein. Dies ist jedoch grundsätzlich nicht erforderlich. Das Elastomer dient in diesem Fall hauptsächlich als Abstandshalter für die angrenzenden Waben und nimmt Druckkräfte auf. Auf diese Weise wird die Wabe gegenüber Biegemomenten stabilisiert. Bei sehr großflächigen Leichtbauformteilen kann es vorkommen, dass diese Form der Stabilisierung zur Erzielung der erforderlichen Formsteifigkeit des Leichtbauformteils nicht ausreicht. In diesem Fall werden die Waben mit dem Elastomer verklebt. Alternativ kann das Elastomer auch mindestens in einem kleinen Flächenbereich unterbrochen werden, so dass in diesem kleinen Flächenbereich die Waben unmittelbar verklebt sind. Dies erhöht zwar die Schalltransmission geringfügig, allerdings ergibt sich auf diese Weise eine hohe Formsteifigkeit des Leichtbauformteils.
Eine einfache Realisierung der gewünschten schwingungstechnischen Entkopplung zwischen der Wabe und den Fasern ergibt sich gemäß Anspruch 3 durch Einfügen einer elastomeren Matte.
Diese elastomere Matte ist gemäß Anspruch 4 einerseits mit der Wabe und andererseits mit den Fasern verklebt. In der Regel ist diese elastomere Matte dünn ausgebildet, wobei sie vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,1 mm und 1,00 mm aufweist. Die besten Resultate wurden im Bereich zwischen 0,3 mm und 0,5 mm erzielt. Als elastomeres Material haben sich insbesondere Gummi und Naturkautschuk bewährt.
Alternativ oder zusätzlich ist es gemäß Anspruch 5 vorteilhaft, wenn das Elastomer vom die Fasern verklebenden Stoff gebildet ist. Dieser Kunststoff ist in diesem Fall ein Elastomer wie beispielsweise Kautschuk. Auf diese Weise ergibt sich ein überraschender Aufbau dieses Leichtbauformteils.
Alternativ oder zusätzlich können im Kunststoff gemäß Anspruch 6 elastomere Partikel eingelagert sein, die dann dem Kunststoff die gewünschten elastischen Eigenschaften verleihen. Insbesondere für den Fall, dass der Kunststoff, in dem die elastomeren Partikel eingelagert sind, selbst keine oder unzureichende elastische Eigenschaften besitzt, ist es zweckmäßig, eine entsprechend hohe Partikeldichte vorzusehen, um dem gesamten Verbundmaterial eine ausreichende Elastizität zu verleihen. Selbst bei geringfügig elastischem Kunststoff kann dagegen die Partikeldichte bereits merklich herabgesetzt werden.
Für die Partikel haben sich gemäß Anspruch 7 Gummigranulate bzw. Gummimehl bewährt. Gummi hat außerordentlich günstige elastische Eigenschaften bei hoher Festigkeit.
Letzteres ist insbesondere für die Formsteifigkeit des Leichtbauformteils wichtig, da die elastomeren Partikel von Biegekräften beaufschlagt werden.
Schließlich haben sich für die elastomeren Partikel gemäß Anspruch 8 Altgummi und insbesondere Altreifen als Materialquelle bewährt. Diese stehen in großer Menge zur Verfügung und müssten anderenfalls kostenintensiv entsorgt werden. Damit ist der Kostenaufwand für das Elastomer äußerst gering, wobei zusätzlich die Umwelt geschont wird.
Der Neuerungsgegenstand wird beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert, ohne den Schutzumfang zu beschränken.
Es zeigt:
1 eine Schnittdarstellung durch eine erste Ausführungsform eines Leichtbauformteils,
2 die Darstellung gemäß 1 einer alternativen Ausführungsform und
3 eine Darstellung gemäß 1 einer alternativen Ausführungsform.
Ein Leichtbauformteil 1 gemäß 1 besteht aus einer Wabe 2 aus zellulosehaltigem Material, die an gegenüberliegenden Seiten 3, 4 von jeweils einem Kunststoff 5 stabilisiert ist. Damit das Leichtbauformteil 1 die nötige Formstabilität aufweist, ist der Kunststoff 5 zu beiden Seiten 3, 4 mit Fasern 6 verstärkt. Diese Fasern 6 können aus unterschiedlichen, zugfesten Materialien bestehen, wobei insbesondere an Glas- und Carbonfasern gedacht ist. Der Kunststoff 5 ist dabei derart auf die Wabe 2 aufgetragen, dass er eine innige Verbindung mit Wänden 7 der Wabe 2 eingeht. Diese Wände 7 erstrecken sich dabei von einer Seite 3 zur gegenüberliegenden Seite 4.
Zur Reduktion der Schalltransmission durch das Leichtbauformteil 1 hindurch ist auf einer Seite 3 zwischen der Wabe 2 und den Fasern 6 eine elastomere Matte 8 vorgesehen. Diese elastomere Matte 8 entkoppelt Schallwellen, die von der Seite 3 in das Leichtbauformteil 1 eindringen, von der Wabe 2. Damit wird eine direkte Schallleitung auf die gegenüberliegende Seite 4 unterbunden, was zu einer geringen Schalltransmission führt.
Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform des Leichtbauformteils 1 gemäß 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile benennen. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführung gemäß 1 eingegangen.
Zur akustischen Entkopplung zwischen den Fasern 6 der Seite 3 und der Wabe 2 ist bei dieser Ausführungsform der Kunststoff 5 mit elastomeren Partikeln 9 versetzt. Die elastomeren Partikel 9 bestehen aus Gummimehl, welches vorzugsweise aus Altreifen gewonnen wird. Die Mischung zwischen den elastomeren Partikeln 9 und der eingebetteten Kunststoffmatrix ist dabei so gewählt, dass ein möglichst großer Gummianteil erzielt wird. Auf diese Weise wird eine ausreichend hohe Elastizität der Anbindung zwischen den Fasern 6 und der Wabe 2 erzielt. Die Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, dass Schallwellen an den Grenzflächen zwischen den elastomeren Partikeln 9 und der umgebenden Matrix aus Kunststoff 5 gebrochen werden, was zu zusätzlichen dissipativen Effekten und damit zur erhöhten Schallabsorption führt.
Bei beiden Ausführungsformen können entsprechende Absorber auch an der Seite 4 vorgesehen sein.
Schließlich zeigt die 3 eine weitere Ausführungsform des Leichtbauformteils 1 gemäß 1, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile benennen. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform gemäß 1 eingegangen.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 sind die Fasern 6 mittels des Kunststoffs 5 unmittelbar mit der Wabe 2 verbunden. Die gegenüberliegende Seite 4 der Wabe 2 ist in diesem Fall ohne faserverstärkten Kunststoff 5 aufgebildet. Damit ist die Wabe jedoch für sich alleingenommen gegenüber konkaven Verkrümmungen nicht stabil. An der gegenüberliegenden Seite 4 der Wabe 2 befindet sich in diesem Fall die elastomere Matte 8, die wiederum in unbeschriebener Weise eine Schalltransmission durch das Leichtbauformteil 1 verringert.
Damit das gesamte Leichtbauformteil 1 hinreichend biegesteif ist, ist jenseits der elastomeren Matte 8 eine weitere Wabe 10 vorgesehen, die wiederum mit faserverstärktem Kunststoff 5 belegt ist. Sowohl die Wabe 2 als auch die weitere Wabe 10 sind dabei derart ausgerichtet, dass die mit Fasern 6 verstärkten Kunststoffe 5 der elastomeren Matte 8 abgewandt sind. Damit bildet die elastomere Matte 8 einen Abstandshalter für die Wabe 2 und eine weitere Wabe 10. Beim Auftreten von Biegemomenten ergeben sich Druckkräfte, die von der elastomeren Matte 8 abgestützt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine hinreichende Formstabilität des Leichtbauformteils 1.
Bei sehr großbauenden Leichtbauformteilen 1 entsprechend der Ausführungsform gemäß 3 kann es zweckmäßig sein, die elastomere Matte 8 in geringen Flächenbereichen zu unterbrechen. Dann kann die Wabe 2 mit der weiteren Wabe 10 in diesen kleinen Flächenbereichen unmittelbar verklebt werden, um auf diese Weise eine erhöhte Steifigkeit des Leichtbauformteils 1 zu ermöglichen.
Zur Erzielung höherer Schallabsorptionswerte können zusätzliche Elastomere entsprechend der Ausführungsform gemäß den 1 und/oder 2 vorgesehen sein. Diese können ein- oder mehrseitig eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Leichtbauformteil
2: Wabe
3, 4: Seite
5: Kunststoff
6: Faser
7: Wand
8: elastomere Matte
9: elastomeres Partikel
10: weitere Wabe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202008000254 U1 [0001]

Claims

Leichtbauformteil bestehend aus mindestens einer zellulosehaltigen Wabe (2), die an gegenüberliegenden Seiten (3, 4) mit durch Fasern (6) verstärktem Kunststoff (5) belegt ist, wobei die mindestens eine Wabe (2) Wände (7) aufweist, die sich von einer Seite (3) zur gegenüberliegenden Seite (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion der Schalltransmission durch das Leichtbauformteil (1) hindurch wenigstens ein Teil der Fasern (6) von der Wabe (2) durch mindestens ein Elastomer (8, 9) getrennt ist.
Leichtbauformteil bestehend aus mindestens einer zellulosehaltigen Wabe (2), die an mindestens einer Seite (3, 4) mit durch Fasern (6) verstärktem Kunststoff (5) belegt ist, wobei die mindestens eine Wabe (2) Wände (7) aufweist, die sich von einer Seite (3) zur gegenüberliegenden Seite (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduktion der Schalltransmission durch das Leichtbauformteil (1) hindurch an mindestens einer der Seiten (3, 4) mindestens ein Elastomer (8, 9) vorgesehen ist, an das sich mindestens eine weitere Wabe (10) anschließt.
Leichtbauformteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (8, 9) von mindestens einer elastomeren Matte (8) gebildet ist.
Leichtbauformteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomere Matte (8) einerseits mit der Wabe (2) und andererseits mit den Fasern (6) verklebt ist.
Leichtbauformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (8, 9) vom die Fasern (6) verklebenden, elastomeren Kunststoff (5) gebildet ist.
Leichtbauformteil nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer (8, 9) vom die Fasern (6) verklebenden Kunststoff (5) gebildet ist, in den elastomere Partikel (9) eingelagert sind.
Leichtbauformteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomeren Partikel (9) von einem Gummigranulat oder -mehl gebildet sind.
Leichtbauformteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomeren Partikel (9) aus Altgummi insbesondere Altreifen gewonnen sind.