AT3114U1

AT3114U1 - Stützwand mit laminierter struktur

Info

Publication number: AT3114U1
Application number: AT0049698U
Authority: AT
Original assignee: Henkel Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 1999-10-25
Also published as: CA2242860A1; BR9802436A; DE29812737U1; DE69800544D1; GB2327386A; FR2766254A1; ATE199354T1; TR199801382A3; GB2327386B; AR016354A1; EP0891918A1; PL327391A1; US6237304B1; FR2766254B1; JPH11170417A; ITTO980623A1; EP0891918B1; NL1009642A1; TR199801382A2; DE69800544T2

Abstract

Ein hohles verstärktes Strukturelement weist eine Stützwand auf, die eine Schicht aus thermisch expandiertem Harz aufweist, die sich zwischen einander gegenüberliegenden Seitenwänden befindet. Eine Hülse wird innerhalb der Harzschicht festgehalten und ist senkrecht zur Längsachse des verstärkten Strukturelements ausgerichtet. Die Hülse ist fluchtend mit Bolzenlöchern in einander gegenüberliegenden Seiten der verstärkten Struktur angeordnet, so daß ein Bolzen hindurchgesteckt werden kann. Dann kann eine Komponente an der Stelle der Verstärkung mit dem verstärkten Strukturelement verschraubt werden. Die Erfindung erhöht nicht nur die Festigkeit des Teils, sondern reduziert auch die Übertragung von Vibrationen und Geräuschen.

Description

AT 003114 Ul

Insbesondere bei Kraftfahrzeuganwendungen unterliegen Kastenprofile, wie Hauptrahmenträger, an Stellen, wo Querträger mit den Trägern verschraubt sind, beträchtlichen Spannungskräften. Wenn Motorwiegen zum Beispiel mit Haupt rahmen trägem verschraubt sind, ergeben sie Verbindungen, die anfällig für Lang-zeitrißbildung sind. Außerdem können sich die Bolzen, die solche Komponente/^an Ort und Stelle halten, aufgrund von Vibrationen an der Verbindung lockern. Überdies erzeugen herkömmliche Strukturen einen "Geräuschpfad", der sich von den Fahrzeugrädern und dem Motor durch den Rahmen bis in den Fahrzeuginnenraum erstreckt.

Wie der Fachmann weiß, ist es zum Verschrauben einer schweren Komponente mit der Seite eines Trägerprofils notwendig, an der Stelle der Befestigung des Bolzens einen verstärkten Bereich oder eine Trägerstruktur zu schaffen. Ein Ansatz, der in der Technik verwendet wird, ist das Bereitstellen einer gepreßten Stützwand, die eine Metallhülse stützt. Die Stützwand weist im allgemeinen drei Bundteile auf, die mit dem C-Profil des Trägers punktverschweißt sind. Insbesondere weist die gepreßte 2 AT 003 114 Ul

Stützwand einen Wandteil auf, der sich von einer Wand des Trägerprofils zur gegenüberliegenden Wand oder Abschlußplatte erstreckt. Die Stützwand bildet also eine Abtrennung in dem durch den Träger definierten Kanal oder Hohlraum. Um diesen Wandteil an Ort und Stelle zu halten, weist die Stützwand drei Flächen oder Bünde auf, die senkrecht zum Wandteil der Stützwand stehen; das heißt, die Stützwand ist im wesentlichen ein flacher rechteckiger Kasten, der auf einer Seite offen ist. Diese drei Oberflächen fügen sich an die Innenflächen des Trägers und werden damit punktverschweißt.

Um die Stützwand als Stütze für die Querstruktur zu verwenden, die daran befestigt ist, ist sie so gestaltet, daß sie eine Metallhülse aufnehmen kann, die an den gepreßten Teil der Stützwand punktgeschweißt wird. Dann tritt ein Bolzen durch die Hülse und befestigt die Querstruktur im stützwandverstärkten Bereich mit dem Träger. Dieser herkömmliche Ansatz wird im folgenden noch ausführlicher erläutert. Während die herkömmliche Stützwandgestaltung dazu dient, das Trägerprofil an der Stelle der Befestigung des Querelements zu verstärken, erfordert sie im allgemeinen sehr weite Hülsen und gepreßte Teile und kann tatsächlich unerwünschte Vibrationen und Geräusche verstärken. Außerdem verhalten sich der durchgehende Bolzen, die Hülse, der gepreßte Metallteil und das Trägerprofil mehr als diskrete Elemente denn als einheitliche, integrale Verstärkungsstruktur. Dies führt nicht nur zu der oben genannten Verstärkung der Vibrationen und Geräusche, sondern außerdem ergibt sich keine volle Verstärkung des Trägers, was zu einer Ermüdung des Metalls an der Verbindungsstelle und insbesondere an Schweißstellen führt.

Der Erfinder hat mehrere Ansätze zur Verstärkung hohler Metall-teile entwickelt, wie: einen Verstärkungsbalken für eine Fahrzeugtür, der ein wie ein offener Kanal geformtes Metallelement mit einem längs verlaufenden Hohlraum umfaßt, das mit einem 3 AT 003114 Ul duroplastischen oder thermoplastischen Material auf Harzbasis gefüllt ist; einen hohlen Torsionsstab, der zurechtgeschnitten und mit einem Material auf Harzbasis beladen wird; einen vorgegossenen Verstärkungseinsatz für Strukturelemente, der aus einer Vielzahl von Pellets gebildet ist, die ein duroplastisches Harz mit einem Treibmittel enthalten, wobei das vorgegossene Element an Ort und Stelle in dem Strukturelement verschäumt und gehärtet wird; einen Flankenschutz aus Verbundmaterial, das einen Kern auf Harzbasis aufweist, der nicht mehr als ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs einnimmt; einen hohlen Laminatbalken, der durch ein hohes Steifigkeit-Masse-Verhältnis gekennzeichnet ist und einen Außenteil aufweist, der durch eine dünne Schicht Strukturschaumstoff von einem inneren Rohr getrennt ist; ein Doppel-T-Balken-Verstärkungselement, das einen vorgeformten strukturellen Einsatz mit einem externen Schaumstoff umfaßt, der dann in ein hohlen Strukturelement eingesetzt wird; sowie eine w-förmige Metallklammer, die als Träger für ein verschäumbares Harz dient, das an Ort und Stelle in einem Hohlprofil verschäumt wird.

Keiner dieser früheren Ansätze befaßt sich jedoch speziell mit der Lösung der Probleme, die mit herkömmlichen Verstärkungsstützwänden in Trägerprofilen an Querelementbefestigungsstellen verbunden sind. Die vorliegende Erfindung löst viele der Probleme, die dem Stand der Technik zu eigen sind.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verstärkte hohle Metallstruktur bereitzustellen, die eine Hülse und einen gepreßten Teil in einer Stützwandstruktur in einer solchen Weise beinhaltet, daß die Komponenten der Stützwand als integrale Einheit mit der verstärkten Struktur Zusammenwirken.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verstärktes Metallkastenprofil bereitzustellen, das dem Profil eine größere Festigkeit verleiht, ohne die Übertragungsniveaus von Vibrationen und Geräuschen wesentlich zu erhöhen. 4 AT 003114 Ul

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verstärktes Rahmenträgerprofil an der Befestigung eines Querelements, wie einer Motorwiege, in einer solchen Weise anzuordnen, daß Spannungskräfte über einen Bereich des verstärkten Trägers verteilt werden und nicht an diskreten Schweißnähten angreifen, wobei Geräusche und Vibrationen gedämpft sind.

Diese und weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch die ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und die Zeichnungen besser verständlich.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine verstärkte Struktur bereit. Die verstärkte Struktur enthält eine hohles Strukturelement und ein darin angeordnetes Verstärkungselement. Das Verstärkungselement weist ein Paar einander gegenüberliegender Wände auf. Eine Schicht aus thermisch expandiertem Polymer ist dazwischen angeordnet und mit den einander gegenüberliegenden Wänden verklebt. Diese Schicht aus Polymer wird ebenfalls direkt mit dem Strukturelement verklebt. Eine Hülse erstreckt sich durch das Polymer parallel zu und zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden. Das Polymer ist mit der Hülse verklebt, und die Hülse definiert einen Durchlaß durch das Polymer. Die verstärkte Struktur weist Löcher auf, die mit den Enden der Hülse ausgerichtet sind. Dann wird ein Bolzen verwendet, um eine Komponente an dem Strukturelement zu befestigen. Somit ist das hohle Struktureleraent in der vorliegenden Erfindung in dieser Position lokal durch das Verstärkungselement verstärkt. Das Polymer wird an Ort und Stelle expandiert, indem man die gesamte Struktur nach dem Zusammenbau erhitzt, wobei es expandiert, so daß Lücken zwischen der Verstärkungsstruktur und dem Strukturelement aufgefüllt werden, und die Verstärkungsstruktur mit dem Strukturelement verklebt.

In einem weiteren Aspekt handelt es sich bei der verstärkten Struktur der vorliegenden Erfindung um einen Kraftfahrzeugträger, wie einen Frontträger, wo eine lokale Verstärkung für die 5 AT 003 114 Ul

Befestigung von Komponenten, wie einer Motorwiege, erforderlich ist. Bei diesem Aspekt reduziert die Erfindung die Übertragung von Vibrationen und Geräuschen und erhöht die Festigkeit des Teils an der Stelle der Verstärkung.

In noch einem weiteren Aspekt ist die Hülse eine dünnwandige Metallhülse, die einander gegenüberliegenden Wände sind Metall-preßteile mit Bünden, die mit dem Strukturelement verschweißt sind, und das Polymer ist ein thermisch expandiertes Epoxyharz, das für die Reduktion der Dichte hohle Mikrokugeln enthält.

In noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung eines Strukturelements, das einen längs verlaufenden Kanal aufweist, bereit. Bei diesem Aspekt wird eine laminierte Struktur mit zwei einander gegenüberliegenden Wänden, die durch eine Schicht aus thermisch expandierbarem Polymer voneinander getrennt sind, in den Kanal eines Trägerprofils oder dergleichen gebracht. Die laminierte Struktur weist eine Hülse auf, die in der Schicht aus dem thermisch expandierbaren Polymer angeordnet ist. Die Hülse definiert einen Durchlaß, der senkrecht auf den einander gegenüberliegenden Wänden steht. Die laminierte Struktur weist außerdem ein Paar Endbünde auf. Die laminierte Struktur wird so in den längs verlaufenden Kanal gebracht, daß der Hülsendurchlaß senkrecht auf dem längs verlaufenden Kanal steht. Dann wird die laminierte Struktur an den Bünden mit dem Strukturelement verschweißt. Dann wird die gesamte Struktur auf eine Temperatur erhitzt, die eine Aktivierung des Treibmittels des Polymers und dadurch eine thermische Expansion des Polymers bewirkt, so daß es die laminierte Struktur mit dem Strukturelement verklebt.

Figur 1 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Stützwand-Verstärkungsstruktur des Standes der Technik; 6 AT 003114 Ul

Figur 2 ist eine schematische Vorderansicht der Struktur von Figur 1 mit entfernter Abschlußplatte;

Figur 3 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Darstellung des verstärkten Trägerprofils der vorliegenden Erfindung, die den Aufbau der verstärkenden LaminatStützwand veranschaulicht,-

Figur 4 ist eine schematische Vorderansicht der in Figur 3 gezeigten Struktur mit entfernter Abschlußplatte; und

Figur 5 ist eine schematische Hinteransicht des Stützwandteils der Figuren 3 und 4.

Wir beziehen uns nun auf Figur 1 und 2 der Zeichnungen. Gezeigt ist das Frontträgerprofil 20 des Standes der Technik, das ein C-Profil 22 aufweist, das den Kanal 23 definiert und das die Abschlußplatte 24 aufnimmt. Man sieht das Stützwandpreßteil 26 mit der senkrechten Wand 18 und den Bünden 30. Die Hülse 32 ist an einer bogenförmigen Biegung 33 in der Wand 28 mit der Wand 28 verschweißt. Die Bünde 30 sind mit dem Profil 22 verschweißt, so daß die Stützwand 26 an Ort und Stelle gehalten wird. Der Bolzen 36 erstreckt sich durch die Abschlußplatte 24, die Hülse 32 und die senkrechte Wand 37 des Profils 22 und dann durch eine Komponente 38, die am Träger 20 befestigt ist. Dann wird die Mutter 4 0 am Bolzen 36 befestigt, so daß die Komponente 3 8 festgehalten wird. Dies ist repräsentativ für den Stand der Technik und leidet unter den oben beschriebenen Nachteilen, d.h. einer unzureichenden Verstärkung, unzureichenden Schalldämpfung und Vibrationsproblemen.

Wir wenden uns nun Figur 3 der Zeichnungen zu. In einer Ausführungsform ist die verstärkte Struktur 50 als verstärkter Front-träger eines Kraftfahrzeugrahmens gezeigt und umfaßt das Rah-menträger-C-Profil 52, das durch eine Abschlußplatte 54 abgeschlossen ist, so daß in der verstärkten Struktur 50 ein Kanal 7 AT 003 114 Ul oder Hohlraum 56 definiert ist. Mit anderen Worten, der Rahmenträger ist hohl. Das C-Profil 52 umfaßt einen senkrechten Wandteil 58 und einander gegenüberliegende Wandteile 60 und 62. Jedes der einander gegenüberliegenden Wandteile 60, 62 weist einen Bundteil 64 der Befestigung der Abschlußplatte 54 durch Schweißen oder dergleichen in den Bundbereichen auf. Man sieht das Verstärkungselement oder die Stützwand 68, die im Kanal 56 des C-Profils 52 angeordnet ist und eine erste Wand oder Seite 70 und eine zweite Wand oder Seite 72 aufweist. Die Wände 70 und 72 sind parallel zueinander und durch die Polymerschicht 74 voneinander getrennt; das heißt, die Polymerschicht 74 ist zwischen den Wänden 70 und 72 angeordnet.

Wie man am besten aus Figur 4 und 5 der Zeichnungen erkennt, weist jede der Wände 70, 72 einen zugehörigen bogenförmigen Teil auf (76 für Wand 72 und 78 für Wand 70), die so ausgestaltet ist, daß die Hülse 81 in einer im folgenden noch ausführlicher zu beschreibenden Weise untergebracht ist. Jeder der bogenförmigen Teile 76, 78 befindet sich ungefähr in der Mitte jeder Wand 70, 72 und kann als eine gekrümmte Innenfläche angesehen werden. Die Hülse 81 ist eine Metallhülse oder dergleichen, und ist, wie man am besten in Figur 4 der Zeichnungen sieht, an den Schweißpunkten 83 und 85 mit den Wänden 70 und 72 punktverschweißt. Die Polymerschicht 74 umhüllt im wesentlichen die Hülse 81, wie es in Figur 4 gezeigt ist.

Die Stützwand 68 wird im Kanal 56 durch die Befestigungsbünde 80 und 82 festgehalten, die sich von den Wänden 70 und 72 weg unter Winkeln von 90° erstrecken. Das heißt, jede der Wände 70, 72 weist an jedem Ende einen gebogenen Teil auf, der sich an einen ähnlichen Teil an der gegenüberliegenden Wand fügt, wobei ein Befestigungsbund 80, 82 entsteht, der an die Seitenwand 60 bzw. 62 geschweißt ist.

Die Breite der Wände 70 und 72 (Abstand zwischen senkrechter Wand 58 und Abschlußplatte 54) ist so groß, daß die Stützwand 8 AT 003114 Ul 68 mit der senkrechten Wand 58 und der Abschlußplatte 54 in Kontakt ist. Entsprechend erstreckt sich der Bolzen 84 am Loch 66 durch die Abschlußplatte 54, durch die Hülse 81 und durch ein entsprechendes Loch in der senkrechten Wand 58 (nicht gezeigt) . Dann erstreckt sich der Bolzen 84 durch ein Loch in einem Querelement, wie einer Motorwiege 86, die vage als Fragment 86 angedeutet ist. Dann wird die Mutter 88 am Bolzen 84 befestigt, so daß die Motorwiege 86 an der verstärkten Struktur 50 befestigt ist.

Die Stützwand 68 ist für das Ausmaß an Festigkeit, die sie dem Rahmenträger hinzufügt, eine relativ leichte Struktur. Die Wände 70 und 72 können aus dünnen Stahlpreßteilen mit einer Dicke von zum Beispiel 0,5 bis etwa 2 mm gebildet sein. Weichstahl bis Stahl von mittlerer Festigkeit wird besonders bevorzugt. Außerdem kann die Hülse 81, bei der es sich vorzugsweise um eine Metallhülse handelt, ein dünnwandiges Rohr mit einer Wandstärke von etwa 2 bis etwa 5 mm sein und besteht vorzugsweise aus Weichstahl. Natürlich sind diese Abmessungen nur beispielhaft und sollen den vollen Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, nicht einschränken. Die Länge jedes der Befestigungsbünde 80, 82 beträgt im allgemeinen etwa 15% bis etwa 30% der Länge der Wände 70, 72. Der Außendurchmesser der Hülse 81 beträgt typischerweise etwa 1,3 bis etwa 2,5 cm. Die Breite der Polymerschicht 74 wird eine Funktion des Abstandes zwischen den Wänden oder Platten 70 und 72 sein und im allgemeinen zwischen etwa 0,25 und etwa 1 cm liegen. Man sollte sich darüber im klaren sein, daß die Stützwand 68 in ihrer gesamten Tiefe mit der Polymerschicht 74 gefüllt ist; das heißt, die Polymerschicht 74 erstreckt sich, wie in Figur 5 der Zeichnungen gezeigt, von der Vorderseite der Stützwand 68 bis zur Rückseite.

Das zur Bildung der Polymerschicht 74 verwendete Polymer ist ein Material auf Harzbasis, das thermisch expandierbar ist. Mehrere Zusammensetzungen auf Harzbasis können in der vorlie- 9 AT 003 114 Ul genden Erfindung zur Bildung der thermisch expandierten Schicht 74 verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen verleihen ihr ausgezeichnete Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften, während sie nur marginal zum Gewicht beitragen. Die Dichte des Materials, wobei wir uns nun speziell auf die Zusammensetzung von Schicht 74 beziehen, sollte vorzugsweise etwa 0,32 bis 0,80 g/cm3 betragen, um das Gewicht zu minimieren. Der Schmelzpunkt, die Formbeständigkeit in der Wärme und die Temperatur, bei der eine chemische Zersetzung stattfindet, müssen ebenfalls ausreichend hoch sein, so daß die Schicht 74 bei höheren Temperaturen, die man typischerweise in Lacköfen und dergleichen findet, ihre Struktur beibehält. Daher sollte die Schicht 74 in der Lage sein, kurzzeitig Temperaturen von über 160 °C und vorzugsweise 177 °C auszuhalten. Außerdem sollte die Schicht 74 in der Lage sein, längere Zeit Temperaturen von etwa 32 °C bis 93 °C auszuhalten, ohne eine wesentliche wärmeinduzierte Verformung oder Zersetzung zu zeigen.

Der Schaumstoff 74 kann zunächst auf eine oder beide Wände 70, 72 aufgetragen und dann in innigen Kontakt mit beiden Wänden und mit der Hülse 81 expandiert werden. Vorteilhafterweise kann Wärme vom Lackofen verwendet werden, um den Schaumstoff 74 zu expandieren, wenn er thermisch expandierbar ist.

Im einzelnen umfaßt der thermisch expandierte StrukturSchaumstoff für die Schicht 74 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Kunstharz, einen Zellbildner und einen Füllstoff. Das Kunstharz macht etwa 40 bis etwa 80 Gew.-%, vorzugsweise etwa 45 bis etwa 75 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% der Schicht 74 aus. Am meisten bevorzugt umfaßt ein Teil des Harzes ein flexibles Epoxyharz. Der hier verwendete Ausdruck "Zellbildner" bezieht sich allgemein auf Mittel, die in der Schicht 74 Blasen, Poren oder Hohlräume erzeugen. Das heißt, die Schicht 74 besitzt eine zelluläre Struktur und weist zahlreiche Zellen auf, die in ihrer gesamten Masse angeordnet sind. Diese zelluläre Struktur ergibt ein Material mit 10 AT 003114 Ul geringer Dichte und hoher Festigkeit, das eine starke und doch leichte Struktur ergibt. Zu den Zellbildnern, die mit der vorliegenden Erfindung verträglich sind, gehören verstärkende "hohle" Mikrokugeln oder Mikroblasen, die entweder aus Glas oder aus Kunststoff bestehen können. Außerdem kann der Zell-bildner ein Treibmittel umfassen, bei dem es sich entweder um ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel handeln kann. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Wenn der Zellbildner Mikrokugeln oder Makrokugeln umfaßt, macht er etwa 10 bis etwa 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 45 Gew.-% und am meisten bevorzugt 20 bis etwa 40 Gew.-% des Materials aus, das die Schicht 74 bildet. Wenn der Zellbildner ein Treibmittel umfaßt, macht er etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 4,0 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 1 bis etwa 2 Gew.-% der Schicht 74 aus thermisch expandiertem Strukturschäum aus. Zu den geeigneten Füllstoffen gehören Glas- oder KunstStoffmikrokugeln, Quarzstaub, Calciumcarbonat, gemahlene Glasfaser und gehackte Glasseidenstränge. Ein thixotroper Füllstoff wird besonders bevorzugt. Auch andere Materialien können geeignet sein. Der Füllstoff umfaßt etwa 1 bis etwa 15 Gew.-%, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 10 Gew.-% und am meisten bevorzugt etwa 3 bis etwa 8 Gew.-% der Schicht 74.

Zu den bevorzugten Kunstharzen für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung gehören Duroplaste, wie Epoxyharze, Vinylesterharze, duroplastische Polyesterharze und Urethanharze. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll nicht durch das Molekulargewicht des Harzes beschränkt sein, und der Fachmann wird auf der Grundlage der vorliegenden Offenbarung geeignete Molekulargewichte finden. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füllstoffs ein duroplastisches Harz ist, können auch verschiedene Beschleuniger, wie Imidazole, und Härter, vorzugsweise Dicyandiamid, vorhanden sein, um die Härtungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Eine funktionelle Menge des Beschleunigers beträgt typischerweise etwa 0,5% bis etwa 2,0% des Harzgewichts mit einer entsprechenden Reduktion bei einer der drei Komponenten 11 AT 003 114 Ul

Harz, Zellbildner oder Füllstoff. In ähnlicher Weise beträgt die Menge des verwendeten Härtungsmittels typischerweise etwa 1% bis etwa 8% des Harzgewichts mit einer entsprechenden Reduktion bei einer der drei Komponenten Harz, Zellbildner oder Füllstoff. Wirksame Mengen an Verarbeitungshilfsmitteln, Stabilisatoren, Färbemitteln, UV-Absorbern und dergleichen können ebenfalls in der Schicht enthalten sein. Thermoplaste können ebenfalls geeignet sein.

In der folgenden Tabelle ist eine bevorzugte Zubereitung für die Schicht 74 aufgeführt. Es wurde gefunden, daß diese Zubereitung ein Material ergibt, das bei etwa 160 °C expandiert und härtet und ausgezeichnete strukturelle Eigenschaften ergibt. Alle Prozentsätze in der vorliegenden Offenbarung sind Gewichtsprozente, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Bestandteil Gewichtsprozent EPON 828 (Epoxyharz) 37,0 DER 331 (flexibles Epoxyharz) 18,0 DI-CY (Dicyandiamid-Härtungsmittel) 4,0

Imidazol (Beschleuniger) 0,8

Quarzstaub (thixotroper Füllstoff) 1,1 CELOGEN AZ199 (Azodicarbonamid-Treibmittel) 1,2 83 MICROS (Glasmikrokugeln) 37,0 WINNOFIL-Calciumcarbonat (CaC03-Füllstof f) 0,9 Während die Erfindung in erster Linie in Verbindung mit Fahrzeugteilen beschrieben worden ist, sollte man sich darüber im klaren sein, daß die Erfindung auch als Teil von anderen Produkten, wie Flugzeugen, Schiffen, Fahrrädern oder praktisch allem, was Energie für die Bewegung erfordert, in die Praxis umgesetzt werden kann. In ähnlicher Weise kann die Erfindung auch mit stationären oder statischen Strukturen, wie Bauwerken, verwendet werden, so daß man eine feste Stütze erhält, wenn Schwingungen wirksam sind, wie von einem Erdbeben, oder daß man 12 AT 003 114 Ul einfach einen leichten Träger für Strukturen erhält, die Belastungen unterworfen sind. Während die Erfindung außerdem in erster Linie in bezug auf thermisch expandierbare Schaumstoffe und in bezug auf Metallteile, wie die Innenrohre 16, 58 und 76, beschrieben worden ist, können auch andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel könnte der Schaumstoff jeder geeignete bekannte expandierbare Schaumstoff sein, der chemisch zum Auf-schäumen aktiviert wird und einen festen Strukturschaumstoff bildet. Die Stützwandwände 70, 70 und die Hülse 81 könnten auch aus anderen Materialien als Metall bestehen, wie verschiedenen Kunststoffen oder polymeren Materialien oder verschiedenen faserigen Materialien des Holztyps, die über eine ausreichende Festigkeit verfügen, um als Hintergrund oder Träger für den Schaumstoff zu dienen. Wenn ein thermisch expandierbarer Schaumstoff verwendet wird, sollten die Stützwandwände und die Hülse in der Lage sein, die Wärme auszuhalten, die während der thermischen Härtung auftritt. Wenn jedoch andere Typen von Schaumstoffen verwendet werden, ist es nicht notwendig, daß die Stützwandwände und die Hülse in der Lage sind, hohe Temperaturen auszuhalten. Stattdessen ist die Grundvoraussetzung für die Stützwandwände und die Hülse, daß sie über ausreichende Festigkeit verfügen, um die beabsichtigte Funktion zu erfüllen. Es ist zum Beispiel auch möglich, Materialien, die als solche bei der Härtung oder weiteren Behandlung fest werden, als Stützwandwände und Hülse zu verwenden. Die Erfindung kann auch praktisch durchgeführt werden, wenn die Stützwandwände und die Hülse aus anderen Materialien als Metall bestehen. Vorzugsweise jedoch werden die Materialien so gewählt, daß der dünne unex-pandierte Schaumstoff bei der Expansion eine starke Bindung zu den Stützwandwänden und der Hülse bildet, so daß sich eine strukturelle Zusammensetzung ergibt. Während hier besondere Ausführungsformen dieser Erfindung gezeigt und beschrieben sind, gilt selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf diese zu beschränken ist, da im Lichte dieser Offenbarung, insbesondere durch den Fachmann, viele Modifi- 13 AT 003 114 Ul kationen vorgenommen werden können. Die beigefügten Ansprüche sollen daher alle solche Modifikationen abdecken, die dem wahren Wesen und dem Umfang dieser Erfindung entsprechen. 14

Claims

AT 003114 Ul Ansprüche: 1. Verstärkte Struktur (50) für ein Fahrzeug, umfassend ein Strukturelement (52), das einen Hohlraum (56) definiert; ein in diesem Hohlraum befindliches Verstärkungselement (68), wobei das Verstärkungselement eine erste (70) und eine zweite Wand (72) aufweist, die einander gegenüberliegen; eine zwischen der ersten und der zweiten Wand befindliche und an diese geklebte Schicht aus expandiertem Polymer (74), wobei das expandierte Polymer auch an das Strukturelement geklebt ist; dadurch gekennzeichnet, daß eine von der ersten und der zweiten Wand gesonderte Hülse (81) sich durch das expandierte Polymer erstreckt, wobei sich diese Hülse zwischen der ersten und der zweiten Wand befindet, wobei das expandierte Polymer mit der Hülse verklebt ist; und die Hülse einen Durchlaß definiert, der zur Aufnahme eines Bolzens ausgebildet ist.
2. Verstärkte Struktur gemäß Anspruch 1, die weiterhin einen Bolzen umfaßt, der sich durch das Strukturelement und durch die Hülse hindurch erstreckt.
3. Verstärkte Struktur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei der verstärkten Struktur um ein Kraftfahrzeugträgerprofil handelt.
4. Verstärkte Struktur gemäß Anspruch 3, wobei es sich bei dem Kraftfahrzeugträgerprofil um einen Frontträger handelt.
5. Verstärkte Struktur gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Trägerprofil C-förmig ist und sich nach außen erstreckende Bünde aufweist und eine Abschlußplatte an den Bünden befestigt ist.
6. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einander gegenüberliegenden Wände mit dem Strukturelement verschweißt sind. 15 AT 003 114 Ul
7. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse mit wenigstens entweder der ersten oder der zweiten Wand verschweißt ist.
8. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verstärkte Strukturelement ein Paar durchgehender Löcher aufweist, die mit dem bolzenaufnehmenden Durchlaß der Hülse ausgerichtet sind.
9. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Schicht aus expandiertem Polymer um Epoxidharz handelt.
10. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse im wesentlichen parallel zu der ersten und der zweiten Wand, die einander gegenüberliegen, ist.
11. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schicht aus expandiertem Polymer thermisch expandiert ist und aus 40 bis 60 Gew.-% Harz; 10 bis 50 Gew.-% Mikrokugeln; 0,5 bis 5 Gew.-% Treibmittel; 1 bis 15 Gew.-% Füllstoff; 0,5 bis 2,0 Gew.-% Beschleuniger und 1 bis 8 Gew.-% Härtungsmittel gebildet ist.
12. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse zur Gänze innerhalb der Wände und des Harzes montiert ist und von diesen zur Gänze eingehüllt ist.
13. Verstärktes Strukturelement gemäß Anspruch 5, wobei der Träger aus Stahl besteht und die Wände an den Stahlträger geschweißte Bünde aufweisen.
14. Verstärktes Strukturelement gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Wand an der Stelle der Hülse jeweils eine gekrümmte Innenfläche aufweisen.
15. Verstärktes Strukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülse einen Querschnitt hat, welcher eine durchgehend geschlossene Struktur bildet.
16. Verstärktes Strukturelement gemäß Anspruch 9, wobei das Epoxidharz thermisch expandiert ist und weiters Mikrokugeln enthält, die die Dichte des Epoxidharzes reduzieren.
17. Verfahren zur Verstärkung eines Strukturelementes (50) , durch das in Längsrichtung ein Kanal (56) verläuft, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Strukturelementes, das einen längs verlaufenden Kanal definiert; Bereitstellen einer laminierten Struktur (68) mit zwei einander gegenüberlie- 16 AT 003114 Ul genden Wänden, die durch eine Schicht aus expandierbarem Polymer voneinander getrennt sind; wobei die laminierte Struktur eine von der ersten und der zweiten Wand gesonderte Hülse aufweist, die in der Schicht aus expandierbarem Polymer angeordnet ist, wobei die Hülse einen zur Aufnahme eines Bolzens ausgebildeten Durchlaß zwischen den einander gegenüberliegenden Wänden definiert; Einbringen der laminierten Struktur in den längs verlaufenden Kanal, so daß der Hülsendurchlaß im wesentlichen senkrecht auf dem längs verlaufenden Kanal steht; Befestigen der laminierten Struktur an dem Strukturelement; und Expandierenlassen des Polymers in innigen Kontakt mit den Wänden und der Hülse.
18. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei das Polymer thermisch expandierbar ist und das Strukturelernent auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreicht, um die Schicht aus thermisch expandierbarem Polymer so zu expandieren, daß das Polymer die laminierte Struktur mit dem Strukturelement verklebt.
19. Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei es sich bei dem Strukturelement um einen Kraftfahrzeugträger handelt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Epoxidharz weiterhin Mikrokugeln enthält, die die Dichte des Epoxidharzes reduzieren.
21. Verstärkungselement (68), umfassend eine erste (70) und eine zweite Wand (72), die einander gegenüberliegen, eine Hülse, die einen Durchlaß zwischen der ersten und der zweiten Wand definiert, welcher zur Aufnahme eines Bolzens (81) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse von der ersten und der zweiten Wand gesondert ist und daß ein expandierbares Polymer im Inneren des Verstärkungselementes liegt, so daß es expandiert werden kann, um mit der ersten und der zweiten Wand und der Hülse zu verkleben. 17