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Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines Strukturelements mit einem Wandelement in einem Kraftfahrzeug, wobei das Strukturelement überwiegend Bestandteile eines ersten Metalls und das Wandelement überwiegend Bestandteile eines zweiten Metalls aufweist, wobei das erste Metall in der elektrochemischen Redoxreihe ein anderes Oxidationsbestreben aufweist als – das zweite Metall.
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Eine gattungsgemäße Verbindung zwischen einem Strukturelement und einem Wandelement bzw. einem Gussteil ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 015 637 A1 bekannt. Die Offenlegungsschrift offenbart eine Verbindungseinrichtung, welche das Strukturelement jeweils in einem Teilbereich mit dem Gussteil kontaktiert und auf Abstand hält. Das Gussteil ist somit räumlich von dem Strukturelement getrennt, so dass eine unterschiedliche Redoxreihe der Metalle nicht zu einer Korrosion des jeweils weniger edlen Metalls führt.
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Einem Ausführungsbeispiel liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen einem Strukturelement und einem Wandelement an einem Kraftfahrzeug zu schaffen, welche das Strukturelement beabstandet von dem Wandelement hält, ohne dass hierfür zusätzliche Bauteile zur Verfügung gestellt werden müssen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren entsprechend Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche, welche in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können. Aus den Kombinationen können sich teilweise Wirkungen ergeben, welche über die Summe der Einzelwirkung hinausgehen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß eine Verbindung eines Strukturelements mit einem Wandelement an einem Kraftfahrzeug, wobei das Wandelement eine Kavität aufweist, welche so ausgestaltet ist, dass das Strukturelement zumindest abschnittsweise in der Kavität anordbar ist, wobei das Strukturelement überwiegend Bestandteile eines ersten Metalls und das Wandelement überwiegend Bestandteile eines zweiten Metalls aufweist, wobei das erste Metall in der elektrochemischen Redoxreihe ein anderes Oxidationsbestreben aufweist als das zweite Metall, und wobei das Strukturelement mit der Kavität bereichsweise über eine Klebschicht verbunden und auf Abstand gehalten ist.
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Bei dem Strukturelement kann es sich um ein aus einem Leichtmetallguss hergestelltes B-Säulenverstärkungsteil für ein Kraftfahrzeug handeln. Bei dem Wandelement kann es sich um einen äußeren Dachrahmen, einen inneren Dachrahmen, um ein Seitenteil bzw. um einen Schweller eines Kraftfahrzeugs handeln. Das Wandelement ist vorzugsweise aus tiefgezogenem Stahlblech gebildet, wobei die Kavität einen inneren Teil bildet. Das Wandelement bzw. der äußere Dachrahmen, der inneren Dachrahmen, das Seitenteil oder der Schweller können aus Stahlblech gefertigt sein. Durch die Klebschicht wird das Strukturelement auf Abstand von dem jeweiligen Wandelement gehalten und kraftschlüssig miteinander verbunden. Der Abstand ist so zu wählen, dass die Bauteile galvanisch entkoppelt sind und dass dazwischen keine Flüssigkeitsansammlung durch Kapillarwirkung erfolgt, z. B. kann der Abstand über 2 mm groß sein.
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Entsprechend einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindung einen das Strukturelement sowie das Wandelement zumindest teilweise durchdringenden Stanzniet auf, welcher außenumfänglich von der Klebschicht umgeben ist.
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Der Stanzniet verbindet das Strukturelement formschlüssig mit dem Wandelement. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Stanzniet um ein Metallteil. Dadurch, dass um den Stanzniet herum zwischen dem Strukturelement und dem Wandelement eine Klebschicht vorgesehen ist, wird die metallische Verbindung zwischen dem Strukturelement und dem Wandelement jedoch vor dem Eindringen von Wasser und eventuellen Salzen geschützt, so dass eine galvanische Reduktion eines der Metallmaterialien verhindert wird.
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Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist die Klebschicht aus einem unter Temperatureinwirkung expandierenden Kleber gebildet.
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Das Strukturelement bzw. das Wandelement kann somit zunächst mit dem expandierfähigen Kleber beschichtet werden, in der vorgesehenen Weise zusammengefügt und anschließend die Klebschicht aktiviert werden, wodurch der Kleber einen verbleibenden Freiraum ausfüllt und durch Adhäsion eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Elemente Strukturelement und Wandelement bereitstellt. Die Aktivierung der Klebschicht bzw. des Klebers kann beispielsweise durch Temperatureinwirkung erfolgen. Dadurch kann die Klebschicht auch nach einer Lackierung im Trocknungsverfahren, welche üblicherweise mit einer erhöhten Wärmezufuhr einhergeht, zur Expansion gebracht werden.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der expandierfähige Kleber an außen liegenden, voneinander beabstandeten Strukturelement-Abschnitten des Strukturelements angeordnet und das Wandelement weist einander zugewandte Wandelement-Abschnitte auf, welche dazu ausgestaltet sind, um die Strukturelement-Abschnitte angeordnet zu werden. Vor der Expansion des expandierfähigen Klebers liegen die Wandelement-Abschnitte noch beabstandet von den Strukturelement-Abschnitten. Durch die Expansion des expandierfähigen Klebers werden die verbleibenden Abstände geschlossen.
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Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung sind an den Strukturelement-Abschnitten U-förmige Kanäle zur Aufnahme der Klebschicht angeordnet. Die U-förmigen Kanäle weisen vorzugsweise nach außen und definieren die Stellen an dem Strukturelement, an welchem die Klebschicht anzubringen ist. Dadurch wird die Fertigung der Verbindung zwischen dem Strukturelement und dem Wandelement vereinfacht. Zusätzlich richten die U-förmigen Kanäle den expandierfähigen Kleber bei der Expansion überwiegend nach außen, so dass der expandierfähige Kleber sich möglichst gleichmäßig an den hierfür vorgesehenen Abschnitten des Wandelements anlegt.
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An dem Strukturelement kann ein Dom zur Aufnahme eines Sicherheitsgurtlagers angeordnet sein. Bei dem Sicherheitsgurtlager kann es sich um einen Umlenkpunkt, ein Lager für einen Gurtaufroller oder einen Endpunkt eines Sicherheitsgurtes handeln. Der Dom kann sich einstückig aus dem Strukturelement erstrecken.
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Bei dem Strukturelement kann es sich um ein B-Säulenverstärkungsteil handeln und bei dem Wandelement um eine B-Säulenverkleidung, welche das Strukturelement formschlüssig umschließt. Im Betriebszustand ist das Strukturelement von mehreren Wandelementen umgeben, wobei die Klebschicht das Strukturelement von den Wandelementen zumindest bereichsweise auf Abstand hält, wodurch die Elemente galvanisch entkoppelt sind.
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Durch die Verwendung einer Verbindung auf eine der hierin beschriebenen Arten und Weisen kann eine sehr leichte und zur Aufnahme von hohen Belastungen geeignete B-Säule geschaffen werden. Hierdurch wird das Crashverhalten, insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls, erheblich verbessert. Gleichzeitig kann durch die galvanische Trennung des Strukturelements von den Wandelementen ein unterschiedliches Material für das B-Säulenverstärkungsteil bzw. das Strukturelement verwendet werden als für das Wandelement. Bei dem Strukturelement kann beispielsweise Aluminium zum Einsatz kommen und bei dem Wandelement Stahlblech oder dergleichen. Eine Korrosion einer der beiden Bauteile Strukturelement oder Wandelement wird durch die galvanische Trennung effektiv vermieden.
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Bei dem Wandelement kann es sich auch um ein äußeres Dachelement handeln. Die Verwendung zweier das Strukturelement umschließenden B-Säulenverkleidungen ist dadurch nicht ausgeschlossen. Das Strukturelement aus einem anderen, insbesondere leichteren Material, ist dadurch möglich.
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Bei dem Strukturelement kann es sich um ein Gussteil handeln, welches zumindest bereichsweise einander kreuzende Verstärkungsrippen aufweisen kann. Dadurch kann ein dimensionsstabiles und belastbares Strukturelement geschaffen werden.
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in einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Strukturelement an einem oberen Ende und an einem unteren Ende T-förmige Anbindungsstücke auf. Die Klebung bzw. die Durchsetzungen mit den Stanznieten können auf dem oberen Balken der T-förmigen Anbindungsstücke verteilt angeordnet sein, so dass eine breit abgestützte Krafteinleitungsstelle in einen Dachrahmen bzw. einen Schweller eines Fahrzeugs bereitgestellt werden kann. Im Falle eines seitlichen Aufpralls wird dadurch ein Eindrehen der B-Säule verhindert.
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An Stellen, an welchen sowohl eine galvanische Trennung des Strukturelements von dem Wandelement erforderlich ist als auch eine formschlüssige Verbindung, kann ein Verfahren angewendet werden, welches die folgenden Schritte aufweist:
- a) Bereitstellen eines Strukturelements,
- b) Auftragen einer expandierfähigen Klebschicht auf das Strukturelement,
- c) Bereitstellen eines Wandelements,
- d) Annähern des Wandelements an das Strukturelement, und
- e) Aktivieren der expandierfähigen Klebschicht.
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Bei der Expansion der Klebschicht werden eventuelle nahe beieinander liegende Abschnitte zwischen dem Strukturelement und dem Wandelement auseinandergedrückt. Dadurch wird das Strukturelement bezüglich des Wandelements zentriert und gleichmäßig auf Abstand gehalten.
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Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: aus einer perspektivischen Darstellung ein Strukturelement bzw. ein B-Säulenverstärkungsteil, schematisch in der Einbaulage von innerhalb des Fahrzeugs aus betrachtet,
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2: das Strukturelement aus 1 schematisch von außerhalb des Fahrzeugs aus betrachtet,
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3: einen in der 1 mit „A” gekennzeichneten Schnitt durch das Strukturelement mit daran angeordneten Wandelementen,
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4: einen Schnitt durch einen in 1 mit „B” gekennzeichneten Bereich,
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5: einen Schnitt durch einen in 1 mit „C” gekennzeichneten Bereich,
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6: einen in 1 mit „D” gekennzeichneten Schnitt durch das Strukturelement,
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7: einen in 2 mit „E” gekennzeichneten Bereich in einem Schnitt,
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8: einen in 5 mit „Y” gekennzeichneten vergrößerten Bereich,
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9: schematisch einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Herstellung einer Verbindung, und
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10: einen weiteren Verfahrensablauf zur Herstellung einer Verbindung.
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In den Figuren sind gleiche bzw. gleichwirkende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Strukturelement 1 zur Verstärkung einer B-Säule für ein ansonsten nicht dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Strukturelement 1 ist aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus einer Aluminium- bzw. Magnesiumlegierung hergestellt, Das Strukturelement 1 ist mit einem nur abschnittsweise dargestellten Seitenteil 14 sowie mit in den 3, 4, 5, 7 und 8 dargestellten Dachelementen verkleidbar. Das Seitenteil 14 weist eine Kavität 25 auf, in welche das Strukturelement 1 so eingepasst werden kann, dass es zumindest bereichsweise auf Abstand gehalten ist. An einem oberen Ende 2 und einem unteren Ende 3 weist das Strukturelement T-förmige Anbindungsstücke 4 und 5 auf. Das obere T-förmige Anbindungsstück 4 dient zur Anbindung an einen in den 3 und 4 äußeren bzw. inneren Dachrahmen. Durch den sich im Wesentlichen rechtwinklig zur sonstigen Erstreckungsrichtung des Strukturelements 1 erstreckenden oberen Balken 6 kann eine verdrehsichere Verbindung des Strukturelements 1 an einer ansonsten nicht dargestellten Karosserie erfolgen. In analoger Weise kann an dem unteren Ende 3 ein im Wesentlichen gerade gestalteter und orthogonal zu der Haupterstreckungsrichtung des Strukturelements 1 angeordneter unterer Balken 7 verdrehfest an einem nicht dargestellten Schweller eines Kraftfahrzeuges angeordnet und mit diesem verbunden werden. Zur Aufnahme eines Gurtaufrollautomaten ist in einem unteren Bereich des Strukturelements 1 innenseitig ein sich einstückig aus dem Strukturelement erstreckender Dom 8 angeordnet.
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2 zeigt das in 1 dargestellte Strukturelement 1 von einer anderen Seite. Man erkennt vier übereinander angeordnete U-förmige Kanäle 9, in welchen eine Klebschicht 10 angeordnet werden kann.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen in 1 mit „A” gekennzeichneten Bereich. Man erkennt den oberen Balken 6 des Strukturelements 1, welcher beabstandet von einem äußeren Dachrahmen 11 angeordnet ist. Der äußere Dachrahmen 11 sowie das Strukturelement 1 sind somit galvanisch voneinander getrennt. Der äußere Dachrahmen 11 kann aus einem Blech gebildet sein und eine Kavität 25 aufweisen, welches das Strukturelement 1 aufnimmt. Das Strukturelement 1 kann aus Aluminium bzw. Magnesium gefertigt sein. Über eine Klebeschicht 10 ist der Balkan 6 bzw. das Strukturelement 1 mit einem inneren Dachrahmen 12 verbunden. Die Klebeschicht 10 ist flächig und es sind ansonsten keine Berührungsstellen zwischen dem Balken 6 und dem inneren Dachrahmen 12 vorgesehen. In 3 erkennt man, dass die Klebschicht 10 zwischen dem inneren Dachrahmen 12 und dem Balken 6 an becherartige Hervorhebungen 13 angeordnet ist. Die becherartigen Hervorhebungen 13 sind in aus einer perspektivischen Darstellung in 1 gezeigt. Umrandet sind die beschriebenen Bauteile äußerer Dachrahmen 11, Strukturelement 1 und innerer Dachrahmen 12 von einer äußeren Seitenwand 14. Die äußere Seitenwand 14 ist im komplett montierten Zustand des Fahrzeugs zumindest teilweise von außen sichtbar, insbesondere dann, wenn die Türen des Fahrzeugs geöffnet sind.
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4 zeigt einen in mit „B” gekennzeichneten Schnitt durch den oberen Balken 6 mit daran angeordneten Bauteilen äußerer Dachrahmen 11 sowie innerer Dachrahmen 12, kaschiert durch die äußere Seitenwand 14. Man erkennt, dass auf der dem äußeren Dachrahmen 11 zugewandten Seite des Strukturelements 1 wiederum eine Klebschicht 10 angeordnet ist, welche flächig ausgebildet ist und das Strukturelement 1 weitestgehend in der Kavität 25 auf Abstand von dem äußeren Dachrahmen 11 hält.
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5 zeigt einen in 1 mit „C” gekennzeichneten Bereich in einem Schnitt. An dem Strukturelement 1 sind Verstärkungsrippen 15 angeordnet, welche das Strukturelement 1 strukturell stärken. In einem gewissen Abstand von dem Strukturelement 1 ist eine äußere Seitenwand 14 angeordnet, welche einstückig mit der in den 3 und 4 gezeigten Seitenwand 14 verbunden sein kann und eine Kavität 25 aufweist, welche innere Abmessungen aufweist, welche zumindest bereichsweise größer sind als die äußeren Abmessungen des Strukturelements 1. Jeweils rechts und links sind das Seitenteil 14 und das Strukturelement 1 über ein Stanzniet 16 sowie eine den Stanzniet 16 umgebende Klebschicht 10 verbunden. Der Stanzniet 16 wird in einer an dem Seitenteil 14 bzw. an dem Strukturelement 1 vorgesehene Durchsetzung 17 angeordnet. Der Stanzniet 16 koppelt die Bauteile Seitenteil und B-Säulenverstärkungsteil 1 galvanisch miteinander. Zur Vermeidung von Korrosion durch eindringendes Wasser ist der Bereich unmittelbar um den Stanzniet 16 durch die Klebschicht 10 luftdicht abgeschlossen. Eine vergrößerte Darstellung eines in 5 mit „Y” gekennzeichneten Bereichs zeigt 8.
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6 zeigt einen in 1 mit „D” gekennzeichneten Bereich in einem Schnitt. In diesem sind zusätzlich die im montierten Zustand eines Kraftfahrzeuges vorhandenen Bauteile Gurtrollautomat 18 sowie ein Sicherheitsgurt 19 dargestellt. Der Gurtrollautomat 18 ist an dem sich einstückig aus dem Strukturelement 1 erstreckenden Dom 8 festgeschraubt.
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7 zeigt in einem Schnitt einen in 2 mit „E” gekennzeichneten Bereich. Man erkennt die äußere Seitenwand 14 sowie das Strukturelement 1 mit zahlreichen Verstärkungsrippen 15. Weiterhin sind die U-förmigen Kanäle 9 an einer der Seitenwand 14 zugewandten Seite des Strukturelements 1 dargestellt. Vor der Montage des Strukturelements 1 an der Karosserie bzw. an dem Seitenteil 14 wird eine Klebschicht 10 aus expandierfähigem Kleber in die U-förmigen Kanäle 9 eingebracht. Anschließend kann die gesamte ansonsten nicht dargestellte Karosserie lackiert werden. Im darauffolgenden Trocknungsprozess kann der expandierfähige Kleber durch Wärmeeinwirkung zur Expansion gebracht werden. In 2 erkennt man, dass die U-förmigen Kanäle 9 an einer Außenseite 20 des Strukturelements 1 an voneinander abweisenden Seiten 21 und 22 verlaufen. Indem das Seitenteil 14 mit einander zugewandten Innenseiten 23 und 24 um das Strukturelement 1 angeordnet wird, kann bei einer Expansion des expandierfähigen Klebers in den Kanälen 9 sichergestellt werden, dass das Strukturelement 1 beabstandet zu dem Seitenteil 14 in der B-Säule angeordnet ist, dass sich jedoch in der X-Richtung eine formschlüssige, an der Klebschicht 10 selber abgestützte Verbindung zwischen dem Seitenteil 14 und dem B-Säulenverstärkungsteil 1 ergibt.
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9 zeigt schematisch einen Verfahrensablauf mit drei Schritten a), b) und c). Das Verfahren eignet sich zur Verbindung eines Strukturelements mit einem Wandelement, also einem B-Säulenverstärkungsteil mit einem inneren Dachelement 12, mit einem äußeren Dachelement 11 und mit einem Seitenteil 14. Schritt a) umfasst das Bereitstellen einer Durchsetzung 17 an dem Strukturelement 1 bzw. an dem Wandelement 11 bzw. 12, Schritt b) umfasst das Auftragen einer Klebschicht 10 um die Durchsetzung 17 herum, und Schritt c) umfasst das Einbringen eines das Strukturelement formschlüssig mit dem Wandelement 11 bzw. 12 verbindenden Verbindungselements in die Durchsetzung 17. Das Verbindungselement kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung oder durch einen Stanzniet 16 gebildet sein.
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10 zeigt einen Verfahrensablauf mit den Schritten a), b), c), d) und e). Das Verfahren eignet sich wiederum zur Verbindung eines Strukturelements 1 mit einem Wandelement 14. Schritt a) umfasst das Bereitstellen eines Strukturelements 1, welches voneinander abgewandte Strukturelement-Abschnitte 21, 22 und nach außen weisende, U-förmige Kanäle 9 aufweist, Schritt b) umfasst das Einbringen einer expandierfahigen Klebschicht 10 in die U-förmigen Kanäle 9, c) umfasst das Bereitstellen eines Wandelements 14, welches einander zugewandte Wandelement-Abschnitte 23, 24 aufweist, d) umfasst das Annähern des Wandelements 14 an das Strukturelement 1, so dass die einander zugewandten Wandelement-Abschnitte 23, 24 die voneinander abgewandten Strukturelement-Abschnitte 21, 22 umgreifen, und e) umfasst den Schritt der Aktivierung der expandierfähigen Klebschicht 10. Die Aktivierung der expandierfähigen Klebschicht 10 kann durch thermische Einwirkung erfolgen.
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Gleichwohl in der vorangegangenen Beschreibung einige mögliche Ausführungen der Erfindung offenbart wurden, versteht es sich, dass zahlreiche weitere Varianten von Ausführungen durch Kombinationsmöglichkeiten aller genannten und ferner aller dem Fachmann naheliegenden technischen Merkmale und Ausführungsformen existieren. Es versteht sich ferner, dass die Ausführungsbeispiele lediglich als Beispiele zu verstehen sind, die den Schutzbereich, die Anwendbarkeit und die Konfiguration in keiner Weise beschränken. Vielmehr möchte die vorangegangene Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Weg aufzeigen, um zumindest eine beispielhafte Ausführungsform zu realisieren. Es versteht sich, dass bei einer beispielhaften Ausführungsform zahlreiche Änderungen bezüglich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den in den Ansprüchen offenbarten Schutzbereich und dessen Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strukturelement
- 2
- oberes Ende
- 3
- unteres Ende
- 4
- T-förmiger Abschnitt
- 5
- T-förmiger Abschnitt
- 6
- oberer Balken
- 7
- unterer Balken
- 8
- Dom
- 9
- U-förmiger Kanal
- 10
- Klebschicht
- 11
- äußerer Dachrahmen
- 12
- innerer Dachrahmen
- 13
- becherartige Hervorhebung
- 14
- Seitenteil
- 15
- Verstärkungsrippen
- 16
- Stanzniet
- 17
- Durchsetzung
- 18
- Gurtrollautomat
- 19
- Sicherheitsgurt
- 20
- Außenseite
- 21
- erster Strukturelement-Abschnitt
- 22
- zweiter Strukturelement-Abschnitt
- 23
- erster Wandelement-Abschnitt
- 24
- zweiter Wandelement-Abschnitt
- 25
- Kavität
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009015637 A1 [0002]
