DE19904442A1 - Dreidimensionale Verbundstoff-Fügestellenverstärkung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Dreidimensionale Verbundstoff-Fügestellenverstärkung für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Ver
stärkung hohler Strukturelemente und insbesondere auf die Ver
stärkung hohler Strukturen von Kraftfahrzeugen, die nach dem
Zusammenbau im allgemeinen unzugänglich sind.
Schlagzähigkeit, Kraftstoffspar-Standards und strukturelle
Steifigkeit sind wichtige fundamentale Aspekte beim Entwerfen
von Kraftfahrzeugstrukturen. Kraftstoffspar-Standards schreiben
die Verwendung leichterer Materialien vor. Dies führt gewöhn
lich zur Reduktion der Dicke von Materialien oder zur Verwen
dung von Materialien mit geringerer Dichte. Die Schlagzähigkeit
schreibt die Verwendung dickerer Materialien wenigstens in be
grenzten Bereichen vor. Die strukturelle Steifigkeit erfordert
typischerweise ebenfalls eine Erhöhung der Materialmenge.
Die Verwendung von Verbundstoffen, die im allgemeinen stärker
und leichter als ihre metallischen Gegenstücke sind, hat im
Verlaufe der Jahre zugenommen. Der Erfinder hat einen neuen
Ansatz entwickelt, um Strukturteile durch lokalisierte Verstär
kung kritischer Bereiche unter Verwendung mit Mikrokugeln ge
füllter thermisch expandierbarer Harze zu verstärken, wie etwa:
einen Flankenschutz aus Verbundmaterial, der einen Kern auf
Harzbasis aufweist, der ein Drittel der Bohrung eines Metall
rohrs einnimmt; einen hohlen Laminatholm, der durch ein hohes
Verhältnis von Steifigkeit zu Masse gekennzeichnet ist und ei
nen Außenteil aufweist, der durch eine dünne Schicht aus Struk
turschaumstoff von einem Innenrohr getrennt ist; eine Verstär
kung aus einem W-förmigen Trägereinsatz, der einen Schaum
stoffkörper trägt, zur Verwendung bei der Verstärkung eines
hohlen Holms; eine Stützwand, die einen thermisch expandierba
ren Schaumstoff verwendet, um eine lokale Verstärkung eines
Trägers zur Befestigung einer Motorwiege oder dergleichen zu
erhalten.
Fügestellen eines Kraftfahrzeugs sind die schwächsten Teile der
Struktur. Eine Versteifung der Fügestelle verbessert die Ge
samtsteifigkeitseigenschaften des Fahrzeugs beim Fahren. Bei
der Bildung der Kraftfahrzeugkarosserie werden mehrere Struk
tur/Karosserieblechelemente zusammengeschweißt oder -geklebt.
Die Fügestellen sind schon durch ihre Natur bedingt typischer
weise hohl. Die hohle Struktur erlaubt das Fließen von Elektro
phoreselösung durch die Strukturelemente, um die Korrosionsbe
ständigkeit zu erhöhen. Kraftfahrzeughersteller haben verschie
dene Techniken verwendet, um die Steifigkeit der Fügestellen
des Fahrzeugs zu erhöhen. Typischerweise beinhalteten die Lö
sungen im wesentlichen eine Erhöhung des Volumens, der Größe
und/oder Komplexität der Fügestellen, um dadurch die Steifig
keit zu erhöhen. Durch die Erhöhung des Volumens der Fügestel
len wird wertvoller Verpackungsraum reduziert. Außerdem wird
das Gewicht der Struktur aufgrund ihres größeren Volumens er
höht.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, eine Fügestelle eines
Kraftfahrzeugs zu verstärken, ohne daß man die in der Fügestel
le erforderliche Blechmenge erhöhen muß.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Träger
teil bereit, der eine Außenfläche hat. Die Außenfläche weist
mehrere Verlängerungen auf, die in die Fügestelle passen, in
die die Fügestellenverstärkung eingesetzt werden soll. Auf der
Außenfläche des Trägerteils befindet sich eine Klebstoff
schicht. Die Außenfläche ist durch die Klebstoffschicht im we
sentlichen bedeckt. Die Klebstoffschicht besteht aus einem
thermisch expandierbaren Harzmaterial.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur
Bildung eines Verstärkungselements bereit. Das Verfahren umfaßt
die Schritte des Bereitstellens eines Trägerteils, des Auftra
gens einer Schicht aus Klebstoff auf den Trägerteil, des Erhit
zens des Trägerteils und der Klebstoffschicht sowie des Verkle
bens der Klebstoffschicht mit dem Strukturelement.
In noch einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung
ein Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie mit
wenigstens zwei Karosserieelementen bereit. Das Gefüge der Ka
rosserieelemente definiert einen Hohlraum zwischen diesen. Das
Verfahren umfaßt die Schritte des Bildens eines Verstärkungs
elements durch Auftragen einer Schicht aus Klebstoff auf einen
Trägerteil, des Einsetzens des Verstärkungselements in den
Hohlraum sowie des Erhitzens der Karosserieelemente und des
Trägerteils mit der Klebstoffschicht, so daß der Klebstoff mit
den Karosserieelementen verklebt wird.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß für
die Karosserieelemente ein reduzierter Verpackungsraum bereit
gestellt werden kann. Dies ist zum Teil auf die Tatsache zu
rückzuführen, daß bei allen Karosserieelementen ein dünneres
Blech verwendet werden kann, da die strukturellen Fügestellen
verstärkt worden sind. Dies führt zu einer wünschenswerten Ge
samtreduktion des Gewichts des Kraftfahrzeugs.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der fol
genden ausführlichen Beschreibung hervor, die in Verbindung mit
den Zeichnungen gelesen werden sollte.
Fig. 1 ist eine weggebrochene perspektivische Ansicht eines
Kraftfahrzeugs mit einem strukturellen Verstärkungselement.
Die Fig. 2a und 2b sind perspektivische Ansichten von zwei
Teilen eines Trägerelements.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines mit einer Kleb
stoffschicht umwickelten Trägers.
Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine Klebstoffschicht, die auf
einen Träger aufgebracht werden soll.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Trägers in einer
Form.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Verstärkungselements
in einer Hohlstruktur eines Kraftfahrzeugs.
Fig. 7 ist eine alternative Querschnittsansicht eines Verstär
kungselements mit einem Schaumstoffinnenteil in einer Hohl
struktur eines Kraftfahrzeugs.
In den folgenden Figuren werden für gleiche Komponenten gleiche
Bezugszeichen verwendet. Die Figuren zeigen ein Trägerelement
mit einer besonderen Form. Andere Formen und Größen für eine
Fügestellenverstärkung sind für den Fachmann jedoch aufgrund
der hier offenbarten Lehre offensichtlich.
Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Fügestelle 12. Die
Fügestelle 12 ist eine Hohlstruktur 13, die durch das Hecksei
tenwand-Innenblech 14, das Heckseitenwand-Außenblech 16, das
Türinnenblech 18 und das Türaußenblech 20 definiert ist. Ein
Verstärkungselement 22 ist in die Hohlstruktur 13 eingesetzt,
um die Fügestelle 12 zu verfestigen. Das Verstärkungselement 22
ist zwar innerhalb einer besonderen Fügestelle abgebildet, doch
läßt sich die vorliegende Erfindung auch auf die vielen anderen
Fügestellen eines Kraftfahrzeugs anwenden. Wie gezeigt, er
streckt sich das Verstärkungselement zwischen dem Dach 24 und
der D-Säule 26. Das Verstärkungselement 22 ist besonders gut
zur Verstärkung des Bereichs geeignet, wo sich drei Hohlkanäle
28 überschneiden. Ein modifiziertes Verstärkungselement 22 kann
jedoch auch geeignet sein, um den Überschneidungsbereich zweier
Kanäle zu verstärken. Das Verstärkungselement 22 weist einen
Rumpfteil 30 und drei Verlängerungsteile 32 auf. Jeder Verlän
gerungsteil 32 hat eine Längsachse 34. Die Längsachsen 34 fal
len vorzugsweise mit der verlängerten Achse jedes der Kanäle 28
zusammen. Das heißt, die Verstärkungselemente 22 können so kon
struiert sein, daß die Längsachsen 34 verschiedene Winkel un
tereinander bilden. Die Längsachsen 34 können senkrecht aufein
ander stehen, um mit den Kanälen 28 zusammenzufallen, und sie
können andererseits den verschiedenen Winkeln eines Kraftfahr
zeugdesigns entsprechen.
Die Längen der Verlängerungsteile 32, von den Rumpfteilen 30
aus gemessen, sind eine Funktion des zu verstärkenden Anteils
der Fügestelle 12. Je nach der Karosseriestruktur, in die das
Verstärkungselement 22 eingesetzt wird, können verschieden
große Abschnitte innerhalb von Kanälen 28 verstärkt werden. Bei
den meisten Anwendungen werden sich die Verlängerungsteile 32,
vom Rumpfteil 30 aus gemessen, über 5 cm (mehrere inch) weit
erstrecken.
Wie gezeigt, haben die Verlängerungsteile 32 im allgemeinen
einen quadratischen Querschnitt. Vorzugsweise sind die Verlän
gerungsteile 32 jedoch ähnlich wie die Kanäle 28 geformt. In
dieser Weise kann eine bessere Passung zwischen Verstärkungs
element und Kanälen 28 erreicht werden.
Wir beziehen uns nun auf die Fig. 2A, 2B und 3. Das Verstär
kungselement 22 besteht vorzugsweise aus einem Träger 36, der
von einer Klebstoffschicht 38 umwickelt ist. Der Träger 36 be
steht vorzugsweise aus einem dünnen Material, das die Kleb
stoffschicht 38 zu stützen vermag. Der Träger 36 stützt die
Klebstoffschicht ausreichend, so daß das Verstärkungselement 22
während der Herstellung des Kraftfahrzeugs ohne Verformung ge
handhabt und in die Hohlstruktur eingesetzt werden kann. Der
Träger 36 kann zum Beispiel aus einem Metall bestehen, wie ei
nem Aluminiumblech, einem Stahlblech oder einer Aluminiumfolie.
Eine geeignete Dicke für diese Materialien wäre zum Beispiel
0,18 bis 0,38 mm, 0,15 bis 0,64 mm bzw. 0,05 bis 0,15 mm
(0,007-0,015'', 0,006-0,025'' bzw. 0,002-0,006''). Weitere Mate
rialien, die für die Verwendung als Träger geeignet sind, sind
spritzgegossenes Nylon mit Glas als Füllstoff mit einer Dicke
von 1,6 bis 6,4 mm (0,062-0,25''), blasgeformter oder rotations
geformter Hochtemperaturkunststoff mit einer Dicke von 1,5 bis
6,4 mm (0,06-0,25'') (ABS oder Polystyrol) oder rotationsgeform
ter oder gegossener Zementschaumstoff mit einer Dicke von 6,4
bis 12,7 mm (0,25-0,5''). Selbstverständlich können die ver
schiedenen Dicken je nach den besonderen Umständen variieren.
Je nach dem verwendeten Trägermaterial können mehrere Verfahren
zur Bildung des Trägers 36 verwendet werden. Wie in den Fig.
2A und 2B gezeigt, können zwei Stücke Aluminium oder Stahl aus
gestanzt werden, so daß zwei Hälften 40 und 42 des Trägers 36
entstehen. Die Hälften 40 und 42 können dann unter Bildung des
Trägers 36 zusammengeschweißt oder -gedrückt werden. Wie ge
zeigt, weist die Hälfte 40 Enden 44 entlang jedes Verlänge
rungsteils 32 auf. In der bevorzugten Ausführungsform weist der
Träger 36 allerdings entweder keine Enden 44 auf, oder er hat
Löcher innerhalb der Enden 44, so daß während der Herstellung
Elektrophoreselösung hindurchtreten kann, um den Korrosions
schutz zu erhöhen. Das Hinzufügen von Enden 44 erhöht jedoch
die Festigkeit des Trägers 36 weiter.
Der Träger 36 kann auch gebildet werden, indem man eine metall
kaschierte Folie über einen dreidimensionalen Schaumstoffkern
zieht. Der Träger 36 kann auch durch Blasformen, Spritzgießen,
Umgießen eines Polystyrolschaumkerns mit Schaumstoffzement oder
Verwendung einer "Aluminiumdose" oder -hülle als internen Trä
ger mit Verfahren, die auf Techniken zur Bildung von Aluminium
getränkedosen beruhen, gebildet werden. Der Träger 36 kann auch
durch hydrostatisches Kaltumformen eines Metalls zu einer drei
dimensionalen Form gebildet werden.
Nach oder während der Bildung des Trägers 36 können Metallver
längerungen, wie Stifte 46 oder Metallstreifen zu dem Träger 36
hinzugefügt werden. Die Stifte 46 passen in Löcher in den oder
in der Nähe der Fügestellen 12. Die Zahl der Stifte 46 kann mit
jeder Anwendung variieren. Die Stifte halten das Verstärkungs
element 22 innerhalb der Kanäle 28 während des Zusammenbaus des
Fahrzeugs. Die Kanäle 28 können Löcher aufweisen, die auf die
Stifte 46 passen.
Das zur Bildung der Klebstoffschicht 38 verwendete Polymer ist
ein Material auf Harzbasis, das thermisch expandierbar ist. Zur
Bildung der Klebstoffschicht 38 in der vorliegenden Erfindung
können mehrere Zusammensetzungen auf Harzbasis verwendet wer
den. Die bevorzugten Zusammensetzungen ergeben eine ausgezeich
nete Festigkeit und Steifigkeit, während sie nur am Rande zum
Gewicht beitragen. Was nun insbesondere die Zusammensetzung der
Klebstoffschicht 38 betrifft, so sollte die Dichte des Materi-
als vorzugsweise etwa 0,32 bis etwa 0,80 g/cm3 (20-50 pounds per
cubic foot) betragen, um das Gewicht zu minimieren. Der
Schmelzpunkt, die Formbeständigkeit in der Wärme und die Tempe
ratur, bei der ein chemischer Zusammenbruch erfolgt, müssen
ausreichend hoch sein, so daß die Klebstoffschicht 38 ihre
Struktur bei hohen Temperaturen beibehält, wie sie typischer
weise in Lacköfen und anderen Verarbeitungsschritten des Fahr
zeugbaus auftreten. Daher sollte die Klebstoffschicht 38 in der
Lage sein, kurzzeitig Temperaturen von über 160°C (320°F) und
vorzugsweise 177°C (350°F) zu überstehen. Außerdem sollte die
Klebstoffschicht 38 im endgültigen Einsatz in der Lage sein,
längere Zeit Temperaturen von etwa 32°C (90°F) bis 93°C
(200°F) zu überstehen, ohne eine wesentliche wärmeinduzierte
Verzerrung oder Zersetzung zu zeigen.
Im einzelnen umfaßt der thermisch expandierte Strukturschaum
stoff der Klebstoffschicht 38 in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform ein Kunstharz, einen Zellbildner und einen
Füllstoff. Das Kunstharz umfaßt etwa 40 bis etwa 80 Gew.-%,
vorzugsweise etwa 45 bis etwa 75 Gew.-% und am meisten bevor
zugt etwa 50 bis etwa 70 Gew.-% der Klebstoffschicht 38. Am
meisten bevorzugt umfaßt ein Teil des Harzes ein flexibles
Epoxyharz. Der hier verwendete Ausdruck "Zellbildner" bezieht
sich allgemein auf Mittel, die in der Klebstoffschicht 38 Bla
sen, Poren oder Hohlräume erzeugen. Das heißt, die Klebstoff
schicht 38 hat eine Zellstruktur und weist zahlreiche Zellen
auf, die über ihre gesamte Masse verteilt sind. Die Zellstruk
tur ergibt ein Material mit geringer Dichte und hoher Festig
keit, das eine feste und doch leichte Struktur ergibt. Zu den
Zellbildnern, die mit der vorliegenden Erfindung verträglich
sind, gehören verstärkende "hohle" Mikrokugeln oder Micro
bubbles, die entweder aus Glas oder aus Kunststoff bestehen
können. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Außerdem kann
der Zellbildner ein Treibmittel umfassen, bei dem es sich ent
weder um ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches
Treibmittel handeln kann. Wenn der Zellbildner Mikrokugeln oder
Makrokugeln umfaßt, macht er etwa 10 bis 50 Gew.-%, vorzugswei
se etwa 15 bis etwa 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt 20 bis
etwa 40 Gew.-% des Materials aus, das die Klebstoffschicht 38
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 3 Gew.-%
der Klebstoffschicht 38 aus. Zu den geeigneten Füllstoffen ge
hören Glas- oder Kunststoffmikrokugeln, Quarzstaub, Calciumcar
bonat, gemahlene Glasfaser und geschnittene Glasseide. 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 Klebstoff
schicht 38.
Zu den bevorzugten Kunstharzen zur Verwendung in der vorliegen
den Erfindung gehören Duroplaste, wie Epoxyharze, Phenolester
harze, duroplastische Polyesterharze und Urethanharze. Der Um
fang der vorliegenden Erfindung soll nicht durch das Molekular
gewicht des Harzes beschränkt sein, und der Fachmann wird auf
der Grundlage der vorliegenden Offenbarung geeignete Molekular
gewichte finden. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füll
stoffs ein duroplastisches Harz ist, können auch verschiedene
Beschleuniger, wie Imidazole und Härtungsmittel, vorzugsweise
Dicyandiamid, mitverwendet werden, um die Härtungsgeschwindig
keit zu erhöhen. Eine funktionelle Beschleunigermenge beträgt
typischerweise etwa 0,5 bis etwa 2,0% des Harzgewichts, wobei
eine entsprechende Reduktion bei einer der drei Komponenten
Harz, Zellbildner oder Füllstoff erfolgen muß. In ähnlicher
Weise beträgt die Menge des Härtungsmittels typischerweise etwa
1 bis etwa 8% des Harzgewichts, wobei eine entsprechende Reduk
tion bei einer der drei Komponenten Harz, Zellbildner oder
Füllstoff erfolgen muß. Effektive Mengen an Verarbeitungshilfs
stoffen, Stabilisatoren, Färbemitteln, UV-Absorbern und der
gleichen können ebenfalls in der Schicht mitverwendet werden.
Thermoplaste können ebenfalls geeignet sein.
In der folgenden Tabelle ist eine bevorzugte Rezeptur für die
Klebstoffschicht 38 gezeigt. Es hat sich gezeigt, daß diese
Rezeptur ein Material ergibt, das bei etwa 160°C (320°F) voll
ständig expandiert und aushärtet und ausgezeichnete Strukturei
genschaften ergibt. Alle Prozentangaben in der vorliegenden
Offenbarung sind Gewichtsprozente, wenn nichts anderes beson
ders angegeben ist.
Außerdem können noch Färbemittel und andere Additive, wie
Phthalocyanin-Blau und KR55, mitverwendet werden.
Die Klebstoffschicht 38 ist bei den meisten Anwendungen eine
Schicht, die sich um die gesamte oder im wesentlichen um die
gesamte Außenfläche des Trägers 36 herum erstreckt. Vorzugswei
se ist die Klebstoffschicht 38 von relativ gleichmäßiger Dicke,
zum Beispiel etwa 2 bis etwa 6 mm im nicht expandierten Zu
stand.
Wir beziehen uns nun auf Fig. 4. Die Klebstoffschicht 38 kann
hergestellt werden, indem man eine Harzbahn 48 in der erforderlichen
Geometrie ausstanzt. Der ausgestanzte Teil 50 wird dann
um den dreidimensionalen Träger 36 herumgewickelt. Alternativ
dazu können auch andere Formen der Beschichtung des Trägers 36
verwendet werden. Zum Beispiel kann die Klebstoffschicht 38
durch Sprühen oder Formpressen aufgetragen werden.
Fig. 5 zeigt ein anderes Verfahren zum Auftragen der Kleb
stoffschicht 38 auf den Träger 36 unter Verwendung einer Form
52. Der Träger 36 befindet sich innerhalb einer Form 52. Die
Lücke 54 zwischen der Form 52 und dem Träger 36 ist vorzugswei
se gleichmäßig und so groß wie die gewünschte Dicke der Kleb
stoffschicht 38. Eine Einlaßöffnung 56 geht durch die Form 52,
so daß geschmolzenes Material für die Klebstoffschicht in die
Lücke 54 eingespritzt werden kann, so daß es den Träger 36 um
gibt.
Vorzugsweise ist die Form 52 gekühlt und poliert, um das Her
austrennen des Formteils zu erleichtern. Dies kann auf ver
schiedenerlei Weise erfolgen, etwa dadurch, daß man Kühlfluide
durch den Formkörper 52 strömen läßt. Durch das Kühlen der Form
52 wird das Heraustrennen der Klebstoffschicht 38 aus der Form
52 vereinfacht.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht eines Verstärkungsele
ments 22, das gemäß den Fig. 3, 4 oder 5 gebildet ist. Die
Klebstoffschicht 38 wird gleichmäßig um den Träger 36 herum
aufgetragen. Der Träger 36 ist vorzugsweise hohl und paßt im
allgemeinen genau in den Kanal 28. Die Klebstoffschicht 38 hat
die folgende Eigenschaft: Wenn der Lack des Fahrzeugs einge
brannt wird, dehnt sich die Klebstoffschicht 38 aus und ver
klebt mit den Kanälen 28. Nach dem Abkühlen der Klebstoff
schicht 38 ist die Klebstoffschicht 38 also mit den Kanälen 28
verklebt, so daß die Fügestelle 12 verstärkt wird. Da die Füge
stellen des Fahrzeugs strukturell verstärkt sind, sind die
Steifigkeits- und Fahreigenschaften des Fahrzeugs verbessert,
was eine Gewichtsreduktion durch Reduzieren der Stärke des Me
talls erlaubt, aus dem die Karosseriebleche des Fahrzeugs ge
bildet sind.
Fig. 7 zeigt eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines
alternativen Verfahrens zur Bildung eines Verstärkungselements
22. Anstatt eine hohle Hülle aufzuweisen wie in Fig. 6, wird
der Träger 36 mit einem Schaumstoffkern 58 gebildet. Eine Me
tallfolie oder Metallschicht bildet den Träger 36. Zum Beispiel
kann eine Aluminiumfolie um den Schaumstoffkern 58 gewickelt
sein. Unter Verwendung des Schaumstoffkerns 58 kann die Kleb
stoffschicht 38 in einer der oben angegebenen Weisen aufgetra
gen werden. Der Schaumstoffkern 58 besteht vorzugsweise aus
einem thermisch aktivierten oder sich verflüchtigenden Materi
al. Das heißt, wenn der Schaumstoffkern erhitzt wird, bricht er
zusammen und hinterläßt einen hohlen Träger 36. Die bevorzugte
Temperatur, bei der der Schaumstoffkern 58 zusammenbrechen
soll, ist die maximale Temperatur, auf die das Fahrzeug während
des Einbrennens des Lacks erhitzt wird. Durch Verwendung eines
Schaumstoffkerns 58 erhält man ein etwas steiferes Verstär
kungselement 22, und daher kann das Verstärkungselement 22 wäh
rend des Zusammenbaus des Fahrzeugs leichter gehandhabt werden,
insbesondere wenn Träger aus Metallfolien verwendet werden.
Im Betrieb würden die Verstärkungselemente 22, wie sie oben
beschrieben sind, wahrscheinlich an Kraftfahrzeugmontageanlagen
geliefert werden. Verstärkungselemente können nach jedem der
oben dargelegten Verfahren hergestellt werden. Während des Zu
sammenbaus der Fahrzeugkarosserie und vor dem Schweißen oder
Mastizieren der verschiedenen Karosseriebleche werden die Ver
stärkungselemente an verschiedenen Fügestellen des Fahrzeugs
plaziert. Vorzugsweise verlaufen alle Fügestellen und Kleb
stoffschichten 38 in derselben Richtung wie eine der Nähte in
der Fahrzeugkarosserie. Nachdem die Verstärkungselemente 22 in
die Fügestellen eingesetzt wurden, werden die Karosseriebleche
miteinander verbunden. Gewöhnlich wird die Fahrzeugkarosserie,
sobald sie zusammengeschweißt ist, einer Elektrophoresebe
schichtung unterzogen. Während der Elektrophoresebeschichtung
wird die Karosserie in ein Bad mit Elektrophoreselösung einge
taucht. Die Elektrophoreselösung fließt durch das hohle Ver
stärkungselement 22, so daß die Karosserie einschließlich dem
Innern der Kanäle 28 beschichtet wird.
Anschließend wird der Lack auf die Karosseriebleche aufgetra
gen. Nachdem der Lack auf die Karosseriebleche aufgetragen wur
de, wird der Lack eingebrannt. Während des Brennvorgangs wird
die Temperatur der Karosseriebleche wesentlich erhöht. Gewöhn
lich überschreiten die Temperaturen der Karosserie 163°C
(325°F). Die Temperatur im Innern der Kanäle 28 wird ebenfalls
auf diese Temperatur erhöht. Diese Temperatur aktiviert dann
die Klebstoffschicht 38, so daß sie expandiert und innerhalb
der Kanäle 28 mit dem Innern der Karosseriebleche verklebt.
Nach dem Abkühlen ist das Verstärkungselement 22 mit den Karos
serieblechen verklebt, und die Fügestelle ist verstärkt.
Während die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ausführlich beschrieben wurde, wird der Fachmann verschiedene
alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen finden, um
die durch die folgenden Ansprüche definierte Erfindung prak
tisch auszuführen.
Claims (20)
1. Fügestellen-Verstärkungselement für eine hohle Struktur
eines Kraftfahrzeugs, umfassend:
einen Trägerteil, der eine Außenfläche hat, wobei der Trä gerteil einen Grundteil mit einer ersten Verlängerung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg er streckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, um faßt, wobei die erste Längsachse und die zweite Längsachse der hohlen Struktur entsprechen; sowie
eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht, die sich auf der Außenfläche befindet und diese Außenfläche im we sentlichen bedeckt.
einen Trägerteil, der eine Außenfläche hat, wobei der Trä gerteil einen Grundteil mit einer ersten Verlängerung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg er streckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, um faßt, wobei die erste Längsachse und die zweite Längsachse der hohlen Struktur entsprechen; sowie
eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht, die sich auf der Außenfläche befindet und diese Außenfläche im we sentlichen bedeckt.
2. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
die erste Längsachse senkrecht zur zweiten Längsachse
steht.
3. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Trägerteil eine dritte Verlängerung umfaßt, die sich
von dem Grundteil erstreckt, wobei die dritte Verlängerung
eine dritte Längsachse aufweist.
4. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 3, wobei
die dritte Längsachse im wesentlichen senkrecht zur ersten
und zur zweiten Längsachse steht.
5. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Trägerteil hohl ist.
6. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
die Außenfläche eine Metallschicht aufweist.
7. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Träger Metallverlängerungen aufweist, die sich von ihm
weg erstrecken.
8. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Träger durchgehende Bohrungen aufweist.
9. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Trägerteil zwei gestanzte Metallkanäle umfaßt, die
miteinander gekoppelt sind.
10. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
der Trägerteil ein metallfolienumhülltes Schaumstoffele
ment umfaßt, wobei die Metallfolie die Außenfläche bildet.
11. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 10, wobei
das Schaumstoffelement durch Hitze aktiviert wird.
12. Fügestellen-Verstärkungselement gemäß Anspruch 1, wobei
die Klebstoffschicht umfaßt:
Epoxyharz zwischen etwa 30 und etwa 40 Gew.-%
flexibles Epoxyharz zwischen etwa 10 und etwa 20 Gew.-%
Härtungsmittel zwischen etwa 3,5 und etwa 4,6 Gew.-%
Beschleuniger zwischen etwa 0,4 und etwa 1,2 Gew.-%
thixotropen Füllstoff zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 Gew.-%
Treibmittel zwischen etwa 0,7 und etwa 1,8 Gew.-%
Glasmikrokugeln zwischen etwa 30 und etwa 45 Gew.-%
Füllstoff zwischen etwa 0,1 und etwa 1,1 Gew.-%;
und
flüssigen Kautschuk zwischen etwa 2,0 und etwa 4,0 Gew.-%.
Epoxyharz zwischen etwa 30 und etwa 40 Gew.-%
flexibles Epoxyharz zwischen etwa 10 und etwa 20 Gew.-%
Härtungsmittel zwischen etwa 3,5 und etwa 4,6 Gew.-%
Beschleuniger zwischen etwa 0,4 und etwa 1,2 Gew.-%
thixotropen Füllstoff zwischen etwa 0,5 und etwa 1,5 Gew.-%
Treibmittel zwischen etwa 0,7 und etwa 1,8 Gew.-%
Glasmikrokugeln zwischen etwa 30 und etwa 45 Gew.-%
Füllstoff zwischen etwa 0,1 und etwa 1,1 Gew.-%;
und
flüssigen Kautschuk zwischen etwa 2,0 und etwa 4,0 Gew.-%.
13. Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements, das in
ein hohles Strukturelement eines Kraftfahrzeugs eingesetzt
werden soll, umfassend:
das Bereitstellen eines Trägerteils mit mehreren Verlänge rungen, die sich von einem Grundteil weg erstrecken und die der hohlen Struktur entsprechen;
das Auftragen einer Schicht aus thermisch expandierbarem Klebstoff auf den Trägerteil;
das Erhitzen des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß die Klebstoffschicht aktiviert wird und mit dem Struk turelement verklebt; und
das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoff schicht.
das Bereitstellen eines Trägerteils mit mehreren Verlänge rungen, die sich von einem Grundteil weg erstrecken und die der hohlen Struktur entsprechen;
das Auftragen einer Schicht aus thermisch expandierbarem Klebstoff auf den Trägerteil;
das Erhitzen des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß die Klebstoffschicht aktiviert wird und mit dem Struk turelement verklebt; und
das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoff schicht.
14. Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß
Anspruch 13, das weiterhin den Schritt des Ausschneidens
der Klebstoffschicht aus einer Klebstoffbahn umfaßt.
15. Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß
Anspruch 13, wobei der Schritt des Auftragens der Kleb
stoffschicht weiterhin die Teilschritte des Einsetzens des
Trägerteils in eine Form, des Einspritzens der Klebstoff
schicht zwischen den Trägerteil und die Form sowie des
Entnehmens des Trägerteils mit der Klebstoffschicht aus
der Form umfaßt.
16. Verfahren zur Bildung eines Verstärkungselements gemäß
Anspruch 15, das weiterhin den Schritt des Kühlens der
Form umfaßt.
17. Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie mit
wenigstens zwei länglichen hohlen Karosserieelementen, wo
bei das Gefüge der Karosserieelemente einen Hohlraum zwi
schen diesen definiert, umfassend:
das Einsetzen eines Verstärkungselements in den Hohlraum, wobei das Verstärkungselement einen Trägerteil, der eine Außenfläche und einen Grundteil mit einer ersten Verlänge rung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, um faßt, wobei sich auf der Außenfläche des Trägers eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht befindet, auf weist;
das Ausrichten der ersten Verlängerung entlang einem der hohlen Karosserieelemente;
das Ausrichten der zweiten Verlängerung entlang dem ande ren hohlen Karosserieelement;
das Erhitzen der Karosserieelemente, des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß der Klebstoff innerhalb der hohlen Karosserieelemente mit diesen verklebt wird; und
das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoff schicht.
das Einsetzen eines Verstärkungselements in den Hohlraum, wobei das Verstärkungselement einen Trägerteil, der eine Außenfläche und einen Grundteil mit einer ersten Verlänge rung mit einer ersten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, und mit einer zweiten Verlängerung mit einer zweiten Längsachse, die sich von diesem weg erstreckt, um faßt, wobei sich auf der Außenfläche des Trägers eine thermisch expandierbare Klebstoffschicht befindet, auf weist;
das Ausrichten der ersten Verlängerung entlang einem der hohlen Karosserieelemente;
das Ausrichten der zweiten Verlängerung entlang dem ande ren hohlen Karosserieelement;
das Erhitzen der Karosserieelemente, des Trägerteils und der Klebstoffschicht, so daß der Klebstoff innerhalb der hohlen Karosserieelemente mit diesen verklebt wird; und
das Abkühlen des Strukturelements und der Klebstoff schicht.
18. Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß
Anspruch 17, das weiterhin den Schritt des Bildens der
Klebstoffschicht durch Ausschneiden der Klebstoffschicht
aus einer Klebstoffbahn umfaßt.
19. Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß
Anspruch 18, das weiterhin den Schritt des Auftragens der
Klebstoffschicht auf den Träger umfaßt.
20. Verfahren zur Bildung einer Kraftfahrzeugkarosserie gemäß
Anspruch 19, wobei der Schritt des Auftragens der Kleb
stoffschicht auf den Träger die Teilschritte des Einset
zens des Trägerteils in eine Form, des Einspritzens der
Klebstoffschicht zwischen den Trägerteil und die Form so
wie des Entnehmens des Trägerteils mit der Klebstoff
schicht aus der Form umfaßt.
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