DE10148770B4

DE10148770B4 - Anordnung umfassend ein Karosseriebauteil mit einem Hohlraum

Info

Publication number: DE10148770B4
Application number: DE2001148770
Authority: DE
Inventors: Wilhelm 38114 Fischer; Matthias 38461 Piep; Karlheinz 38518 Bilicki
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2011-07-14
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: DE10148770A1

Abstract

Anordnung umfassend ein Karosseriebauteil, das wenigstens einen überwiegend geschlossenen Hohlraum aufweist, wenigstens ein in diesem wenigstens einen Hohlraum angeordnetes Trägerbauteil und ein auf das wenigstens eine Trägerbauteil aufgebrachtes, bei Wärmezufuhr expandierendes Material, geeignet nach Erwärmung den wenigstens einen Hohlraum des Karosseriebauteils weitgehend auszufüllen, wobei das wenigstens eine Trägerbauteil wenigstens teilweise eine Gitterkreuzstruktur aufweist, die sich in zwei Richtungen erstreckende und sich in einem spitzen oder in einem rechten Winkel kreuzende Trägerelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) wenigstens einseitig in einer Schicht auf die Trägerelemente (12, 13) des wenigstens einen Trägerbauteils (10) aufgebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die EP 0 844 167 A2 beschreibt Karosseriebauteile, beispielsweise Profilrahmenträger oder Schweller, die Hohlräume aufweisen, in deren Inneren sich ein Trägerbauteil (Strukturbauteil), beispielsweise ein Rohr erstreckt. In diesen Hohlraum wird ein Schaumwerkstoff eingebracht, der bei Temperaturerhöhung aufschäumt, um dann den Hohlraum des Karosseriebauteils auszufüllen. Der aufschäumende Werkstoff wird dabei zunächst als Halbzeug auf das Trägerbauteil aufgebracht und dann wird das Karosseriebauteil z. B. durch Strahlungswärme, Induktion oder Konvektion erwärmt. Der Schaumwerkstoff sorgt für eine Abstützung des Trägerbauteils und erhöht damit dessen Widerstandsfähigkeit gegen Deformation bei von außen einwirkenden Kräften. Andererseits handelt es sich bei dem Schaumwerkstoff um ein Material mit geringem Gewicht, was im Rahmen der Gewichtsreduzierung im Karosseriebau ein wesentlicher Aspekt ist.
Das Ausfüllen von Hohlräumen in Karosseriebauteilen (Hohlraumabschottung) mittels solcher aufschäumender Materialien, z. B. Blähschaum, ist dann problematisch, wenn die Hohlräume Bereiche mit engen Radien aufweisen oder innerhalb der Karosseriebauteile, z. B. zwischen dem Karosserieblech und einem Hohlraumschott vergleichsweise enge Spalte vorkommen. Es wurde festgestellt, dass dann das aufschäumende Material die Hohlräume in den genannten Problemzonen nur unzureichend ausfüllt. Ebenso ist es auch schwierig, mittels der herkömmlichen Methoden beispielsweise in den Karosseriebauteilen vorhandene Beschichtungslöcher, die vergleichsweise kleine Öffnungen darstellen können, prozesssicher zu verschließen.
Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der DE 198 58 903 A1 bekannt. Die darin beschriebene Anordnung umfasst ein im Wesentlichen rohrförmiges Trägerbauteil, das zur Verstärkung in einen Hohlraum eines Karosseriebauteils eingebracht werden kann. Im Inneren des rohrförmigen Trägerbauteils sind kreuzförmig zueinander angeordnete Verstärkungsbleche vorgesehen. Auf die Außenseite des rohrförmigen Trägerbauteils ist ein expandierendes Material aufgebracht, das bei Wärmezufuhr expandiert und den Hohlraum des Karosseriebauteils weitgehend ausfüllt.
Aus der WO 01/34453 A1 ist eine weitere Anordnung zur Verstärkung von Hohlkörpern bekannt. Diese Anordnung umfasst ebenfalls ein im Wesentlichen rohrförmiges Trägerbauteil, das auf seiner Außenseite schräg abstehende Flügel aufweist. Die Flügel sind beidseitig mit einem expandierenden Material versehen, das bei Wärmezufuhr expandiert und den Hohlraum des Hohlkörpers abschnittsweise ausfüllt.
Eine weiterer verstärkter Hohlkörper ist aus der US 5,888,600 bekannt. Der darin beschriebene Hohlkörper kann kanalförmig oder rohrförmig sein. Die Innenseite des Hohlkörpers ist mit einer Schicht eines expandierenden Materials und einer diese innen abdeckenden Metallfolie versehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Anordnung der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die so beschaffen ist, dass ein prozesssicheres Verschließen des oder der Hohlräume auch bei vorhandenen engeren Radien oder kleinen Spalten gewährleistet ist.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine erfindungsgemäße Anordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
Anspruch 1 sieht vor, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material wenigstens einseitig in einer Schicht auf die Trägerelemente des wenigstens einen Trägerbauteils aufgebracht ist.
Anhand von Versuchen konnte festgestellt werden, dass durch die gitterförmige Struktur des wenigstens einen Trägerbauteils eine Beeinflussung der bevorzugten Ausdehnungsrichtung des aufschäumenden Materials möglich ist. Dadurch kann man erreichen, dass das aufschäumende Material gezielt in diejenigen Bereiche des oder der Hohlräume schäumt, in denen sich Problemzonen mit kleinen Radien, Spalten und dergleichen befinden. Das oder die Trägerbauteile werden also in dem wenigstens einen Hohlraum des Karosseriebauteils entsprechend einer gewünschten Ausdehnungsrichtung des aufschäumenden Materials ausgerichtet und das bei Wärmezufuhr expandierende Material wird vorzugsweise so angeordnet, dass es dieser gerichteten Struktur des wenigstens einen Trägerbauteils folgt.
Dabei gibt es verschiedene Methoden, das bei Wärmezufuhr expandierende Material auf das wenigstens eine Trägerbauteil aufzubringen. Eine mögliche Variante besteht darin, dass man wenigstens einseitig vorzugsweise in einer Schicht das bei Wärmezufuhr expandierende Material (aufschäumende Material) auf das wenigstens einen Trägerbauteil aufbringt. Um eine etwa gitterförmige Struktur für das wenigstens einen Trägerbauteil zu erzielen, umfasst dieses dabei Trägerelemente, die sich kreuzen. Dabei kreuzen sich diese Trägerelemente in zwei Richtungen in einem spitzen oder in einem rechten Winkel, wodurch eine Art Gitterkreuzstruktur erzielt wird. Das aufschäumende Material wird dann auf diese Gitterkreuzstruktur des wenigstens einen Trägerbauteils aufgebracht und folgt somit der Ausrichtung des wenigstens einen Trägerbauteils. Entsprechend dieser Ausrichtung des wenigstens einen Trägerbauteils in dem wenigstens einen Hohlraum lässt sich dann die bevorzugte Ausdehnungsrichtung des aufschäumenden Materials beeinflussen.
Alternativ zu einer wenigstens einseitigen Beschichtung der Trägerelemente des wenigstens einen Trägerbauteils kann man diese beispielsweise auch an zwei gegenüberliegenden Seiten oder an drei Seiten mit dem bei Wärmezufuhr expandierenden Material versehen. Schließlich ist es auch möglich, das wenigstens einen Trägerbauteil, insbesondere die Trägerelemente des wenigstens einen Trägerbauteils mit dem bei Wärmezufuhr expandierenden Material allseitig zu umschließen (umhüllen). Je nachdem, an welchen und an wie vielen Seiten man die Trägerelemente des wenigstens einen Trägerbauteils mit dem bei Wärmezufuhr expandierenden Material versieht, kann man auch dessen Ausdehnungsrichtung in Ebenen senkrecht zur Ausrichtung der gitterförmigen Struktur der Trägerelemente, d. h., z. B. in Längsrichtung des wenigstens einen Hohlraums eines langgestreckten Karosseriebauteils beeinflussen.
Das bei Wärmezufuhr expandierende Material ist vorzugsweise ein Blähschaum. Das wenigstens eine Trägerbauteil dehnt sich in der Regel bei Erwärmung nicht aus oder es schäumt zumindest nicht auf. Das wenigstens eine Trägerbauteil besteht vorzugsweise aus Metall oder Kunststoff. Bei Verwendung von Trägerbauteilen aus Kunststoff können diese beispielsweise aus Polyamid oder Kunststoffen mit vergleichbaren Eigenschaften bestehen. Das Karosseriebauteil kann beispielsweise ein Karosserieträger sein, z. B. ein Längsträger oder eine Säule oder ein Schweller oder ein Dachrahmenträger einer Karosserie.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Trägerbauteile mit wenigstens teilweiser Gitterkreuzstruktur und die Aufbringung eines bei Wärmezufuhr expandierenden Materials auf ein solches Trägerbauteil gemäß der Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Karosseriebauteile mit Hohlräumen mit relativ kleinen Radien bzw. kleinen Spalten in den Eck- und/oder Randbereichen oder mit relativ kleinen Öffnungen nach außen auszuschäumen sind. Vorzugsweise richtet man in diesen Fällen die gitterförmig angeordnete Elemente des wenigstens einen Trägerbauteils im Querschnitt durch den wenigstens einen Hohlraum gesehen mindestens teilweise in Richtung auf die genannten Eckbereiche und/oder Randbereiche des wenigstens einen Hohlraums des Karosseriebauteils aus, um zu erreichen, dass das aufschäumende Material gerichtet in diese Problemzonen expandiert.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen
1 einen Querschnitt durch ein einen Hohlraum aufweisendes Karosseriebauteil mit Trägerbauteil und aufschäumendem Material gemäß der Erfindung vor dem Aufschäumen;
2a bis d verschiedene schematisch vereinfachte Schnittdarstellungen von Trägerelementen mit aufgebrachtem Blähschaum vor der Expansion.
Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Die Darstellung zeigt stark schematisch vereinfacht einen Karosserieträger 11, der einen weitgehend geschlossenen Hohlraum 9 aufweist, welcher mit einem bei Wärmezufuhr expandierenden Material auszufüllen ist. Dieser Hohlraum 9 hat, wie man in der Zeichnung oben erkennt, Eckbereiche 15, die sich mittels der herkömmlichen Methoden beim Aufschäumen des expandierenden Materials in der Regel nur unvollständig ausfüllen lassen. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, ein Trägerbauteil 10 mit einer Gitterkreuzstruktur aus sich in einem Winkel kreuzenden Trägerelementen 12, 13 in dem Hohlraum 9 anzuordnen. Dieses Trägerbauteil 10 besteht beispielsweise aus Kunststoff oder Metall, z. B. aus einem Polyamid und bläht bei Wärmeeinwirkung nicht auf. Auf die eine gitterförmige Struktur bildenden, sich kreuzenden Trägerelemente 12, 13 ist ein bei Wärmezufuhr expandierendes Material 14 (Blähschaum) aufgebracht, der in 1 in der ursprünglichen nicht aufgeblähten Form dargestellt ist. Bei Zufuhr von Wärme bläht dieses expandierende Material 14 auf und schäumt den Hohlraum 9 vollständig aus, wobei durch die gerichtete Struktur der gitterförmig sich kreuzenden Trägerelemente 12, 13, die wie man sieht unter anderem in Richtung auf die Eckbereiche 15 des Hohlraums angeordnet sind, ein gerichtetes Expandieren des Blähschaums 14 erzielt wird, welches auch die Eckbereiche 15 gut ausfüllt.
2 zeigt stark schematisch vereinfacht verschiedene Varianten der Aufbringung des Blähschaums 14 auf das nicht aufblähende Trägermaterial des Trägerbauteils 10. Es ist ein einzelnes Trägerelement 12 im Querschnitt in 2a dargestellt, auf das nur einseitig ein Blähschaum 14 aufgebracht ist.
2d zeigt eine Variante eines Trägerelements 12 im Querschnitt, bei der auf dieses Trägerelement beidseitig ein Blähschaum 14 aufgebracht wurde.
2b zeigt eine Variante, bei der auf ein Trägerelement 12 dreiseitig ein Blähschaum 14 aufgebracht wurde, so dass nur eine Seite des Trägerelements 12 frei bleibt. 2c zeigt schließlich eine Variante, bei der ein Blähschaum 14 ein Trägerelement 12 allseitig umhüllt. Alle 2a bis 2d zeigen den Blähschaum vor dem Expandieren.

Claims

Anordnung umfassend ein Karosseriebauteil, das wenigstens einen überwiegend geschlossenen Hohlraum aufweist, wenigstens ein in diesem wenigstens einen Hohlraum angeordnetes Trägerbauteil und ein auf das wenigstens eine Trägerbauteil aufgebrachtes, bei Wärmezufuhr expandierendes Material, geeignet nach Erwärmung den wenigstens einen Hohlraum des Karosseriebauteils weitgehend auszufüllen, wobei das wenigstens eine Trägerbauteil wenigstens teilweise eine Gitterkreuzstruktur aufweist, die sich in zwei Richtungen erstreckende und sich in einem spitzen oder in einem rechten Winkel kreuzende Trägerelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) wenigstens einseitig in einer Schicht auf die Trägerelemente (12, 13) des wenigstens einen Trägerbauteils (10) aufgebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Trägerbauteil (10) den Querschnitt des wenigstens einen Hohlraums des Karosseriebauteils (11) überwiegend ausfüllt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) der Struktur des wenigstens einen Trägerbauteils (10) folgt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) an zwei gegenüberliegenden Seiten auf die Trägerelemente (12, 13) des wenigstens einen Trägerbauteils (10) aufgebracht ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) die Trägerelemente (12, 13) an drei Seiten umhüllt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material (14) die Trägerelemente (12, 13) des wenigstens einen Trägerbauteils (10) allseitig umschließt (umhüllt).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bei Wärmezufuhr expandierende Material ein Blähschaum ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Trägerbauteil (10) aus Metall oder Kunststoff besteht.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (11) ein Karosserieträger ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (11) ein Längsträger, eine Säule, ein Schweller oder ein Dachrahmenträger einer Karosserie ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Karosseriebauteil (11) wenigstens einen Hohlraum mit relativ kleinen Radien bzw. kleinen Spalten in den Eck- und/oder Randbereichen aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gitterförmig angeordneten Elemente (12, 13) des wenigstens einen Trägerbauteils (10) im Querschnitt durch den wenigstens einen Hohlraum gesehen mindestens teilweise in Richtung auf Eckbereiche (15) und/oder Randbereiche des wenigstens einen Hohlraums des Karosseriebauteils (11) ausgerichtet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Trägerbauteil (10) mindestens teilweise aus einem Polyamid besteht.