DE60118816T2 - Verstärkungselement mit thermisch expandierendem Schaum und Richtungsauflage - Google Patents

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    • E04C2003/0473—U- or C-shaped

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft die Verwendung von thermisch expandierenden Schaumstoffen, insbesondere thermisch expandierende Schäume, die mit einem Träger verbunden sind, der eine darauf montierte Richtungsschaumauflage aufweist, um den Schaum beim Schäumen zu einer besonderen Zone auf einem umgebenden Strukturelement zu leiten, was Rahmen, Schienen, strukturumgebenden Hohlräumen, Tafeln und anderen Strukturelementen zusätzliche lokalisierte Steifheit verschafft. Ein derartiges Verstärkungselement kann in Anwendungen der Bau-, Automobil-, Luftfahrt-, Schiffbautechnik oder jeglichen anderen Anwendungen nützlich sein, in denen erhöhte Auflagerung oder Steifheit Schwingungs-, Geräusch- und/oder Ermüdungsausbreitung reduzieren würde oder Verstärkung verschaffen würde, um Strukturfestigkeit zu steigern oder Energiemanagement bei einem Absturz, Stoß oder Zusammenstoß zu verschaffen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Es galt lange, dass Schaumstoffe verwendet werden können, um getrennte Komponenten miteinander zu verbinden. Strukturschäume, Urethane und andere thermisch expandierende Schaumstoffe wurden verwendet, um akustische Leistung zu steigern und Strukturfestigkeit zu verschaffen. Die amerikanischen Patentschriften Nr. 5,194,199 an Thum, Nr. 5,344,208 an Bien et al. und Nr. 5,575,526 und Nr. 5,755,486 an Wycech zeigen Beispiele von thermisch expandierenden Schäumen, die an Trägern in der Automobilbranche verwendet werden. Die amerikanische Patentschrift Nr. 5,506,025 an Otto et al. veranschaulicht ein anderes Beispiel der Verwendung von thermisch expandierenden Stoffen an einem Träger, und die in erster Linie als eine Ablenkstruktur verwendet werden. Die amerikanische Patentschrift 4,019,301 an Fox et al. zeigt ein Beispiel der Verwendung eines Schaumstoffs an einer trägerförmigen Struktur in einer Verpfählung.
  • Während derartige Darstellungen verschiedene Verwendungen von expandierenden Stoffen in Verstärkungs-, Dämmungs- und Abdichtungsanwendungen offenbaren, entwickelte sich ein Bedarf an einem vereinfachten Verstärkungselement, das einem umgebenden Strukturelement Aussteifung und Verstärkung verschafft. Im Herstellungsbereich wird die Verwendung von expandierenden Schäumen, die ursprünglich trocken und nicht klebrig sind, bevorzugt. Derartige Stoffe weisen Transport- und Handhabungsvorteile auf; diese Art Schaum haftet insbesondere nicht leicht an Transportcontainern, an Arbeitern bei der Herstellung und Installation, oder an anderen kritischen Flächen, die in Kontakt mit dem Stoff kommen können. Da sie nicht klebrig sind, halten diese Stoffe nicht leicht Schmutz, Staub oder andere Verunreinigungen zurück.
  • Zusätzlich haften diese Stoffe nicht leicht nachteilig an einem Träger, der im Strukturelement angeordnet ist, was es erleichtert, das Verstärkungselement vor der Expansion des Schaums anzubringen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Das Verstärkungselement der vorliegenden Erfindung verschafft bedeutende Vorteile gegenüber Trägern und expandierenden Stoffkombinationen vom Stand der Technik beim Herstellen, Handhaben und Verwenden durch das Bereitstellen von Richtungsschäumen, um die Expansion und das Haften des thermisch expandierenden Schaums am Strukturelement zu orientieren und zu lokalisieren. Das Verstärkungselement verschafft einem angrenzenden Strukturelement Auflagerung durch den Schaum, der sich an einer Richtungsschaumauflage, die vom Träger getra gen wird, befindet, wobei der Träger konfiguriert ist, um ein mechanisches Befestigungselement zu enthalten, um den thermisch expandierenden Schaum und die Richtungsschaumauflage mit dem Träger zu verbinden. Die Richtungsschaumauflage ist durchbrochen, wodurch der Schaum dadurch beim Schäumen expandiert und dadurch die Richtungsschaumauflage und das umgebende Strukturelement mit dem Träger verbindet, um ein verstärktes Strukturelement bereitzustellen. Der Träger kann mit verschiedenen Konfigurationen bereitgestellt sein und ist vorzugsweise ausgestaltet, um eine Montagefläche bereitzustellen, die mit dem Strukturelement verbindet und den Schaum und die Richtungsschaumauflage darauf passend anordnet und kann zusätzliche strukturelle Verstärkung bereitstellen. Die Verwendung von mechanischen Verbindern ermöglicht es dem ursprünglich nicht klebrigen Schaum und der Richtungsauflage in verschiedenen Stellen und Orientierungen angeordnet zu werden, wodurch der Schaum nach Aktivierung schäumen kann, wodurch er expandiert, um den Träger und die Richtungsauflage mit der umgebenden Struktur zu verbinden.
  • In großen Zügen enthält die vorliegende Erfindung einen Träger, der mindestens eine und vorzugsweise zwei oder mehrere Flächen aufweist, um eine Richtungsschaumauflage darauf aufzunehmen, und um sich mit dem Strukturelement zu verbinden. Die Richtungsschaumauflage enthält eine Plattform und zwei oder mehrere Wände, die dem gegenüber winklig orientiert sind. Die Plattform enthält mindestens eine Öffnung, um es dem thermisch expandierenden Schaum zu ermöglichen, hindurch zu fließen, wodurch eine Verbindung zwischen dem Schaum und dem Träger, an dem die Auflage angebracht ist, bereitgestellt wird. Die Wände dienen dazu, den Schaum beim Schäumen einzuschränken und zu lenken, wodurch der Schaum dazu veranlasst wird, in eine besondere Zone am Strukturelement einzugreifen und sich mit ihr zu verbinden, um ferner einige Zonen gegen das Eingreifen mit dem Schaum nach dem Schäumen und der Expansion zu schützen. Dies kann die Menge an Schaum reduzieren, die in einer besonderen Anwendung notwendig ist. Durch das Bereitstellen der Richtungsschaumauflage als ein getrenntes Element vom Träger, kann ein Träger für eine Vielfalt an verschiedenen Anwendungen verwendet werden, indem er nur verschiedene Richtungsschaumauflagen ersetzt. Der Verbinder kann getrennt oder als ein Teil vom Träger bereitgestellt sein, und stellt vorzugsweise etwas Elastizität oder Nachgiebigkeit bereit, um es dem Stoff zu ermöglichen, sich nach einem Stoß zu verschieben und Herstellungstoleranz bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der Verbinder als ein Kunstharzstift bereitgestellt werden, der durch den Stoff, die Richtungsschaumauflage und durch eine Öffnung im Träger geht. In einer anderen Ausführungsform kann der Verbinder als ein Reiter bereitgestellt sein, der gebogen werden kann, um den Stoff zu greifen und ihn und die Richtungsschaumauflage am Träger zu halten. Das Verstärkungselement wird typischerweise in einem Strukturelement wie einer Schiene oder einem Kanal aufgenommen, die/der einen Hohlraum bereitstellt, um das Strukturelement darin mit dem Schaum in Eingriff mit oder in der Nähe vom Strukturelement vor der Aktivierung aufzunehmen.
  • Der Schaum ist thermisch expandierend, entweder durch intern erzeugte Wärmeenergie oder durch die externe Anwendung von Wärme, um den Stoff zu aktivieren. Bei der vorliegenden Verwendung bedeutet der Begriff „thermisch expandierend" zu schäumen und dadurch zu expandieren, und dies durch die intern erzeugte Wärmeenergie und durch die externe Anwendung von Wärme, um den Schaum zu expandieren und zu schäumen. Der thermisch expandierende Schaum ist vorzugsweise ein kunstharzbasierter Stoff, der schäumt, wenn er Temperaturen ausgesetzt ist, die beim Einbrennen in einem Herstellungsprozess erreicht werden (wie beim Lack- und Pulverbeschichtungseinbrennschritt von Automobilherstel lungsprozessen zum Beispiel). Folgendermaßen sollte die Expansionstemperatur des Stoffes mindestens bei 300°F liegen.
  • Für den Fachmann sind die vorstehenden Vorteile der vorliegenden Erfindung sofort unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die nachstehende Beschreibung, die eher ein Beispiel als eine Einschränkung darstellen sollen, ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine vertikale Querschnittsansicht durch das Verstärkungselement mit dessen Richtungsschaumauflage, die das Verstärkungselement zeigt, das im Hohlraum eines Strukturelements mit dem thermisch expandierenden Schaum aufgenommen ist, der auf der Richtungsschaumauflage aufgenommen ist, die durch einen Verbinder mit einem Träger verbunden ist;
  • 2 eine vertikale Querschnittsansicht des Verstärkungselements, der Linie 2-2 von 1 entlang, die eine ausgekehlte Zone in den senkrechten Wänden der Richtungsschaumauflage zeigt;
  • 3 ein vertikales Querschnittselement des Verstärkungselements von 1 nach dem Schäumen des Schaums, um den Träger, die Richtungsschaumauflage und das Strukturelement zu verbinden;
  • 4 eine vertikale Querschnittsansicht, die der von 1 ähnelt, die eine zweite Ausführungsform des Verstärkungselements mit einer Richtungsschaumauflage zeigt, die divergierende Wände aufweist, die in einem stumpfen Winkel zur Plattform orientiert sind;
  • 5 eine vertikale Querschnittsansicht, die der von 4 ähnelt, die das Verstärkungselement davon nach dem Schäumen des Schaums zeigt, um den Träger, die Richtungsschaumauflage und das Strukturelement zu verbinden;
  • 6 eine vertikale Querschnittsansicht, die der von 1 ähnelt, die eine dritte Ausführungsform des Verstärkungselements mit einer Richtungsschaumauflage zeigt, die konvergente Wände aufweist, die in einem spitzen Winkel zur Plattform orientiert sind;
  • 7 eine vertikale Querschnittsansicht, die der von 6 ähnelt, die das Verstärkungselement davon nach dem Schäumen des Schaums zeigt, um den Träger, die Richtungsschaumauflage und das Strukturelement zu verbinden;
  • 8 eine Explosionsansicht von einer vierten Ausführungsform des Verstärkungselements der vorliegenden Erfindung, wobei die Richtungsschaumauflage mit einer Umfassungswand bereitgestellt ist, die im Wesentlichen den Schaum einschließt und laterale Expansion beim Schäumen hemmt, und mit mehreren Perforationen, um es dem Schaum zu ermöglichen, sich mit dem Träger zu verbinden;
  • 9 eine vertikale Querschnittsansicht davon, die einen Verbinder zeigt, der den Schaum an der Richtungsschaumauflage sichert; und
  • 10 eine vertikale Querschnittsansicht, die der von 9 ähnelt, die das Verstärkungselement nach dem Schäumen des Schaums zeigt, um den Träger, die Richtungsschaumauflage und das Strukturelement zu verbinden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Unter jetziger Bezugnahme auf die Zeichnungen, ist ein strukturelles Verstärkungselement 20 gemäß der vorliegenden Erfindung für das Anbringen in einem Strukturelement 22 konfiguriert. Das Strukturelement 22 kann zum Beispiel einen Kanal 24 enthalten, der eine Grundwand und ein Paar senkrechte Seitenwände von einem Automobil aufweist, die als ein Rahmenelement, wie ein Motor oder eine Seitenschiene, verwendet werden und die mit einer Flachplatte 26 bedeckt sind, zur Verwendung als eine Bodenwanne und zur Bereitstellung einer Oberwand, die einen umschlossenen Hohlraum im Strukturelement definiert. Dies ist jedoch nur eine Anwendung für die vorliegende Erfindung, die verwendet werden kann als eine Komponente des Rumpfes oder Flügels eines Luftfahrzeuges, des Rumpfes oder Schotts eines Bootes oder eines Schiffs in Schifffahrtanwendungen, oder als Träger oder Komponenten von Böden, Wänden oder Decken eines Gebäudes.
  • Das Verstärkungselement 20, wie es in den 1 bis 3 gezeigt wird, enthält allgemein einen Träger 28, thermisch expandierenden Schaum 30, den Verbinder 32 und mindestens eine Richtungsschaumauflage 34. Der Schaum ist vorzugsweise als diskrete Schaumelemente 36 und 38 bereitgestellt, die auf jeweiligen Richtungsschaumauflagen 40 und 42 aufgenommen werden, die jeweils durch einen Verbinder mit dem Träger vor der Aktivierung verbunden sind. Die Schaumelemente 36 und 38 werden hierdurch in Positionen gehalten, die dem Strukturelement 22 nah genug sind, um es dem Schaum zu ermöglichen, zu schäumen, zu expandieren und die jeweiligen Richtungsschaumauflagen 40 und 42 und das Strukturelement 22 mit dem Träger 28 zu verbinden.
  • Detaillierter gesehen kann der Träger 28 in einer Vielfalt von Konfigurationen bereitgestellt werden mit Metallblech, wie Stahl oder Aluminium, Kunstharz wie Nylon, oder einem anderen Stoff, dessen Schmelztemperatur höher als die Einbrenntemperatur, der das Verstärkungselement ausgesetzt ist, ist. Wie gezeigt wird, ist der Träger 28 ein gestrecktes Element, das im Querschnitt C-förmig ist und einen Oberarm 44 aufweist, der eine im Wesentlichen ebene erste Fläche 45 aufweist, und einen Unterarm 46, der eine im Wesentlichen ebene zweite Fläche 47 aufweist, wobei der Oberarm und der Unterarm in abstehenden getrennten, parallelen Ebenen liegen und durch eine Verbindungswand 48 verbunden sind, die im Wesentlichen senkrecht dazu orientiert ist. Beim Zeigen in einer senkrechten Orientierung der Verbindung der Flachplatte 26 mit der Grundwand 50 des Kanals 24, kann es ersichtlich sein, dass die Angabe von „Ober-" und „Unter-" veranschaulichenden Zwecken dient und der Träger 28 transversal oder in verschiedenen Orientierungen angebracht sein kann. Sowohl der Oberarm 44, als auch der Unterarm 46 enthalten ein Loch 52, das durch sie hindurch geht.
  • Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung zum Verwenden als Stoff 30 wird unter dem Namen SikaReinforcer (Sika Corporation, Madison Heights, Michigan) vermarktet. Detaillierter gesehen enthält der am meisten bevorzugte Stoff 30: etwa 20 bis 30 Gewichts-% von einem Styrol-Butadien-Styrol (SBS) Block-Copolymer (beispielsweise Fina Clear 530®); etwa 5 bis 20 Gewichts-% von einem Polystyrol (beispielsweise Fina Crystal 500® und Fina Crystal 535®); etwa 30 bis 45 Gewichts-% von einem Bisphenol A-basierten flüssigen Epoxyharz (beispielsweise Araldite 6010® und Epon 71®); etwa 0,5 bis 5 Gewichts-% von einem Pigment wie Ruß; bis zu 5 Gewichts-% Butadienacrylnitrilgummi (Nipol 1411); etwa 1 bis 10 Gewichts-% hydratierte amorphe Silika (HiSil 233); etwa 10 bis 20 Gewichts-% Glasmikrosphären (Scotchlite S60); etwa 0,1 bis 5 Gewichts-% von einem Treibmittel wie Azodicarbonamid (beispielsweise Celogen AZ 765®, Celogen AZ 754A® und Celogen AZ 130®); etwa 0,1 bis 5 Gewichts-% eines Katalysators wie N,N, Dimethylphenylharnstoff (U405); etwa 0,1 bis 5 Gewichts-% von einem Härtungsmittel wie Dicyandiamid (DDA10); und bis zu etwa 5 Gewichts-% eines „Kickers" wie Zinkoxid, um die Treibtemperatur zu senken, wobei alle Gewichtsprozente auf dem Gesamtgewicht des Stoffes beruhen, das mit 100 Gewichts-% genommen wird.
  • Eine besonders bevorzugte Zusammensetzung des Stoffes 30 enthält etwa 12,94% Polystyrol, etwa 23,22% SBS Block-Copolymer, etwa 0,57% Ruß, etwa 1,90% Butadienacrylnitrilgummi, etwa 4,28% hydratierte amorphe Silika, etwa 38,07% Bisphenol A-basiertes flüssiges Epoxyharz, etwa 14,75% Glasmikrosphären, etwa 0,46% Zinkoxid, etwa 2,85% Dicyandiamid, etwa 0,38% N,N Dimethylphenylharnstoff und etwa 0,57% Azodicarbonamid. In einigen Anwendungen, in denen erhöhte Druckfestigkeit und reduziertes Schäumen und reduzierte Expansion gewünscht wird, kann das Vorstehende derart angepasst werden, dass das Polystyrol auf etwa 12,63% reduziert wird, das SBS Block-Copolymer auf etwa 22,59% reduziert wird, und das Butadienacrylnitrilgummi auf etwa 2,85% erhöht wird.
  • Der Stoff 30 kann gebildet werden durch das Mischen des SBS Block-Copolymers mit einem kleinen Anteil (etwa 1/40tel von der Gesamtmenge) des Bisphenol A-basierten flüssigen Epoxyharzes in einem erhitzten Mischer, bis die Temperatur vom Mischer etwa 240 bis 260°F erreicht (die Temperatur des Gemisches im Mischer liegt mindestens bei etwa 175°F) und das Gemisch im Wesentlichen homogen ist, wobei zu diesem Zeitpunkt das Polystyrol in den Mischer hinzugefügt wird und das Mischen fortgeführt wird. Nachdem das Polystyrol im Wesentlichen mit dem SBS Block-Copolymer-/Epoxyharz-Gemisch gemischt ist, wird der Rest vom Bisphenol A-basierten Epoxyharz langsam in den Mischer hinzugefügt, wobei der Mischer wie notwendig gestoppt und gestartet wird, wobei die Zutaten gründlich gemischt werden, um ein im Wesentlichen homogenes Gemisch zu erhalten. Die gewünschte Menge von diesem Gemisch wird in einen erhitzten Mischer (der auf eine Temperatur von etwa 250°F gestellt ist) gegeben und das Mischen beginnt. Beim Mischen wird der Ruß und das Gummi in den Mischer hinzugefügt und das Mischen wird gestoppt, sobald ein homogenes Gemisch im Mischer erhalten ist. Es werden entweder die Silika oder die Glasmikrosphären in den Mischer hinzugefügt und das Mischen wird wieder aufgenommen und fortgeführt, bis das Gemisch homogen ist. Dieser Schritt wird wiederholt, wobei die anderen der Silika oder Glasmikrosphären hinzugefügt werden.
  • Dann wird die Temperatur des Mischers auf eine Temperatur unter 160°F gestellt, das/die Treibmittel, der/die Katalysator(en), der/die Kicker und das/die Härtungsmittel werden hinzugefügt und das Mischen wird wieder aufgenommen und fortgeführt, bis das Gemisch homogen ist. Das sich ergebende Gemisch wird dann vorzugsweise in Fäden extrudiert (bei einer Extrudertemperatur von 170 bis 180°F und Schraubrotationsgeschwindigkeiten von etwa 400 rpm) und in Pellets geschnitten. Die Pellets werden dann spritzgeformt bei einer Temperatur von etwa 180 bis 200°F unter der Verwendung einer Spritzgussausrüstung, die ausgestaltet ist, um die gewünschte Form der expandierenden Stoffelemente 36 und 38 zu formen, die an die jeweiligen Richtungsschaumauflagen 40 und 42 angebracht werden sollen. Jedes der Schaumelemente 36 und 38 ist in der Form eines rechteckigen Klotzes mit mindestens einem Durchlass 54 dadurch dargestellt, wobei der Durchlass eine Ausnehmung 56 aufweist.
  • Die Richtungsschaumauflagen 40 und 42 können aus Metallblech, wie Stahl oder Aluminium, sein, oder alternativ aus Nylon oder anderen Kunstharzstoffen, deren Schmelzpunkt höher als die Temperatur vom Einbrennofen ist, der der Stoff 30 ausgesetzt ist. Die Richtungsschaumauflagen 40 und 42 enthalten jeweils eine Plattform 58, die vorzugsweise integral mit Wänden 60 und 62 gebildet ist, die schrägwinklig demgegenüber sind. Die Plattform 58 enthält mindestens eine Öffnung 64, die passgenau mit dem Durchlass 54 und dem Loch 52 gelagert ist. Wie es in den 1 und 3 dargestellt wird, können die Wände 60 und 62 in rechten Winkeln zur Plattform 58 orientiert sein, um den schäumbaren Schaum aufwärts zu leiten, wie es in der 3 gezeigt wird. Eine verringerte Zone 66 kann am Fernrand 68 der Wände 60 und 62 bereitgestellt sein, wenn lokalisierte laterale Expansion beim Schäumen gewünscht ist. Der Fernrand 68 kann sich über die Dicke des Schaums hinaus erstrecken, um Raum für die Expansion des Schaums beim Schäumen bereitzustellen, was anderenfalls dünnwandige Strukturelemente dazu veranlassen kann, sich zu verformen. Die Wände 60 und 62 einer niedrigeren Richtungsschaumauflage 42 können dadurch das Verstärkungselement tragen oder alternativ kann das Verstärkungselement 20 mit der Flachplatte 32 durch Schweißen, Nieten, Schrauben, Kleber oder andere Verbinder verbunden sein und dadurch gegen Bewegung im Hohlraum 70 des Strukturelements bis zur Aktivierung des Schaums 30 abgesichert sein. Jede Auflage enthält mindestens eine und vorzugsweise mehrere Öffnungen 72 darin, wodurch nach dem Erhitzen zum Schmelzen und Aktivieren des Schaums 30, der Schaum 30 in direkten Kontakt mit dem Träger 28 kommt, um eine gute Verbindung zwischen dem Träger 28 und dem Strukturelement 22 zu sichern.
  • Der Verbinder 32 kann ein Nylonsteckstift 74 sein, wie er dargestellt ist, oder alternativ andere Verbinder. Der Nylonsteckstift 74 ist kostengünstig, leicht zu installieren und verschafft Stoßelastizität.
  • Bei der Verwendung ist das Verstärkungselement 20 vorzugsweise mit der Platte 26 durch Nieten oder ähnliches verbunden, und dann im Hohlraum 70 des Strukturelements 22 gelagert, wobei die Platte 26 in einer abdeckenden Beziehung gegenüber dem Kanal 24 angeordnet ist. Nach dem Erhitzen des Strukturelements in einem Einbrennofen auf eine Temperatur von mindestens 300°F und vorzugsweise von etwa 325°F für eine Zeitspanne von etwa 10 Minuten, wird der Schaum aktivieren, um zu schmelzen, zu schäumen und zu expandieren. Die Richtungsschaumauflagen 40 und 42 veranlassen die Schaumelemente 36 und 38 dazu, gegen eine gegenüberliegende Stelle am Strukturelement geleitet zu werden und widerstehen dem lateralen Fluss und der lateralen Expansion vom Schaum. Da er in die Öffnungen 72 fließt, verbindet der Schaum den Träger 28 direkt mit dem Strukturelement 22 ohne vom Verbinder 32 zu fordern, die ganze Beanspruchung von jedweder Kraft zu tragen, die dazwischen angewandt wird. Das sich ergebende verstärkte Strukturelement 75 kann danach auf die Umgebungstemperatur abkühlen.
  • Die 4 und 5 veranschaulichen eine zweite Ausführungsform des Verstärkungselements 20A, das in allen Hinblicken dem weiter oben beschriebenen ähnelt, mit der Ausnahme, dass, anstatt sich in rechten Winkeln zur Plattform 58 zu erstrecken, die Wände 60A und 62A der Richtungsschaumauflagen 40A und 42A divergieren und in stumpfen Winkeln in Bezug auf die Plattform 58 orientiert sind. Als ein Ergebnis kann der Schaumstoff 30 von jedem Element 36 und 38 in einer weiteren Zone an der gegenüberliegenden Fläche des Strukturelements 22 eingreifen und sich damit verbinden, um ein verstärktes Strukturelement 75A bereitzustellen.
  • Die 6 und 7 veranschaulichen eine dritte Ausführungsform des Verstärkungselements 20B, das wieder in allen Hinblicken dem weiter oben beschriebenen ähnelt, mit der Ausnahme, dass, anstatt sich in rechten oder stumpfen Winkeln zur Plattform 58 zu erstrecken, die Wände 60B und 62B der Auflagen 40B und 42B konvergieren und in spitzen Winkeln in Bezug auf die Plattform 58 orientiert sind. Als ein Ergebnis muss der Schaumstoff 30 von jedem Element 36 und 38 in eine schmalere Zone an der gegenüberliegenden Fläche des Strukturelements 22 eingreifen und sich damit verbinden, um ein verstärktes Strukturelement 75B bereitzustellen. Eine derartige schmalere Eingriffszone kann zum Beispiel dort wünschenswert sein, wo Öffnungen im Strukturelement bereitgestellt sind, die nahe bei einem der Schaumelemente 36 oder 38 liegen, jedoch offen und ungefüllt bleiben müssen, oder wo sich Komponenten, die empfindlich sind oder später entfernt werden müssen, in der Nähe vom Verstärkungselement 22 befinden müssen, und folgendermaßen vor dem Eingriff geschützt sein müssen, wenn der Schaum schäumt und expandiert.
  • Die 8, 9 und 10 veranschaulichen eine vierte Ausführungsform des Verstärkungselements 20C, das dem ähnelt, das in den 1 bis 3 gezeigt wird, wobei jedoch jeweils zwei Richtungsschaumauflagen 76 am oberen Arm und am unteren Arm des Trägers 28 bereitgestellt sind, wobei jede der Richtungsschaumauflagen 76 eine Plattform 78 aufweist, die mehrere Öffnungen 80 und eine Umfassungswand 82 aufweist, die den Seitenrand 84 der Plattform 78 umgibt. Der Schaum 30 ist als diskrete Schaumelemente 86 bereitgestellt, die dazu geeignet sind, Steckstifte 74 wie weiter oben beschrieben aufzunehmen, um den Träger 28, die Auflagen 76 und Elemente 86 vor dem Schäumen, der Expansion und dem Verbinden zusammen zu halten, um ein verstärktes Strukturelement 88 bereitzustellen, wie es in 10 gezeigt wird. Die Verwendung der Richtungsschaumauflagen 76 am Verstärkungselement 20C ermöglicht eine präzisere Steuerung der Richtung des Schäumens und des Verbindens vom Schaum 30 und kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Träger transversal in einer vertikalen Richtung gebogen wird, um dem Schaumfluss einer Schräge entlang vorzubeugen, oder wenn longitudinal abstehende Intervalle am Strukturelement entlang schaumfrei bleiben müssen.
  • Obwohl weiter oben bevorzugte Formen der Erfindung beschrieben wurden, versteht sich, dass eine derartige Offenbarung nur veranschaulichend erfolgt und nicht auf einschränkende Weise bei der Interpretation der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollte. Der Fachmann kann offensichtliche Änderungen an den Ausführungsbeispielen vornehmen, wie weiter oben dargelegt wird, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die Erfinder bringen hiermit ihre Absicht vor, sich an den Äquivalenzgrundsatz zu lehnen, um den annehmbar angemessenen Rahmen der Erfindung so zu bestimmen und festzusetzen, dass er jede Vorrichtung betrifft, die materiell nicht den eigentlichen Rahmen der Erfindung, wie er in den nachstehenden Patentansprüchen dargelegt ist, sprengt.

Claims (22)

  1. Verstärktes Strukturelement (75, 88), das Folgendes aufweist: ein Strukturelement (22), das ein Paar von einander beabstandete Wände (26, 50) enthält und einen Hohlraum (70) darin definiert; ein Verstärkungselement (20), das im Hohlraum aufgenommen ist und die Wände (26, 50) miteinander verbindet, wobei das Verstärkungselement (20) einen Träger (28) enthält, ein Schaumelement (36, 38), das von einem thermisch expandierenden Schaum (30) bereitgestellt ist, eine Auflage (40, 42, 76), die vom Träger (28) getrennt ist, der eine Plattform (58, 78) aufweist, die mindestens eine Öffnung (72, 80) darin enthält, um die Verbindung zwischen dem Schaumelement (36, 38, 86) und dem Träger (28) zu erlauben und mindestens eine Richtungswand (60, 62, 82), die schrägwinklig in Bezug auf die Plattform (58, 78) ist und ein Verbinder (74), der das Schaumelement (36, 38, 86) und die Auflage (40, 42, 76) mit dem Träger (28) verbindet, wobei nach Erhitzen des Schaums (30) auf eine vorbestimmte Mindesttemperatur, der Schaum (30) durch die Öffnung (72, 80) expandiert und den Träger (28) mit dem Strukturelement (22) verbindet und wobei die Richtungswand (60, 62, 82) danach die Expansion des Schaums (30) hemmt.
  2. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 1, wobei der Träger (28) mindestens einen Arm (44, 46) mit einer im Wesentlichen ebenen Fläche (45, 47) enthält und wobei die Plattform (58, 78) der Auflage (40, 42, 76) im Wesentlichen parallel zur ebenen Fläche (45, 47) ist.
  3. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 2, wobei der Träger (28) einen zweiten Arm (46) mit einer im Wesentlichen ebenen Fläche (47) enthält, die im Wesentlichen parallel zur Fläche (45) des ersten Arms (44) ist und davon beabstandet, wobei der erste Arm (44) und der zweite Arm (46) durch eine Wand (48) miteinander verbunden sind.
  4. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 3, wobei das verstärkte Element ein zweites Schaumelement (38) des thermisch expandierenden Schaums (30) enthält, und eine zweite Auflage (42) mit einer Plattform (58), die mindestens eine Öffnung (72) darin enthält, um die Verbindung zwischen dem Schaumelement (38) und dem Träger (28) zu erlauben, und mindestens eine Wand, die schrägwinklig (60, 62) in Bezug auf die Plattform (58) ist, und einen zweiten Verbinder (74), der das zweite Schaumelement (38) und die Auflage (42A, 42B) mit dem Träger (28) verbindet.
  5. Verstärktes Strukturelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das mehrere Schaumelemente (36) des thermisch expandierenden Schaums (30) enthält, wobei jedes der mehreren Schaumelemente (36) auf einer Plattform (58) von einer jeweiligen Auflage (40, 42, 76) angebracht ist und durch einen Verbinder (32) mit dem ersten Arm (44) verbunden ist, und dies dem entlang in longitudinal beabstandeter Beziehung.
  6. Verstärktes Strukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auflage eine zweite Richtungswand (60, 62) enthält, die in Bezug auf die Plattform (58) schräg orientiert ist, wobei sich das Schaumelement (36, 38) auf der Plattform (58) im Eingriff mit der ersten und der zweiten Richtungswand (60, 62) nach der Expansion des Schaums (30) befindet.
  7. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 6, wobei die erste Richtungswand (60) und die zweite Richtungswand (62) im Wesentlichen senkrecht zur Plattform (58) sind.
  8. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 6, wobei die erste Richtungswand (60B) und die zweite Richtungswand (62B) in einem spitzen Winkel zur Plattform (58) orientiert sind.
  9. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 8, wobei die erste Richtungswand (60B) der zweiten Richtungswand (62B) gegenüberliegt, wobei die beiden Richtungswände (60B, 62B) aufeinander zulaufen.
  10. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 6, wobei die erste Richtungswand (60A) und die zweite Richtungswand (62A) in einem stumpfen Winkel zur Plattform (58) orientiert sind.
  11. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 10, wobei die erste Richtungswand (60A) der zweiten Richtungswand (62A) gegenüberliegt, wobei jede der Richtungswände (60, 62) auseinander laufen.
  12. Verstärktes Strukturelement nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei jede der ersten und zweiten Richtungswände (60, 62, 82) eine von der Plattform (58) entfernte Kante aufweist und wobei sich die entfernte Kante näher am Strukturelement (22) als am Schaumelement (36, 38) vor der Expansion des Schaums (36, 38) befindet.
  13. Verstärktes Strukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Plattform einen Seitenrand (84) enthält und die Richtungswand (82) als eine Umfassungswand (82) bereitgestellt ist, die im Wesentlichen den Seitenrand (84) mit dem Schaumelement (86), das in der Umfassungswand (82) aufgenommen ist, umgibt.
  14. Verstärktes Strukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schaum (30) ein SBS-Blockcopolymer, ein Polystyren, ein Gummi, ein Bisphenol-A-basiertes flüssiges Epoxyharz, Ruß, Silika, Glasmikrosphären, ein Treibmittel, einen Katalysator und ein Härtemittel umfasst.
  15. Verstärktes Strukturelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verbinder (74) ein Steckstift ist.
  16. Strukturelles Verstärkungselement (20), das dazu geeignet ist, in einem Hohlraum (70) eines Strukturelements (22) aufgenommen zu werden, wobei das Verstärkungselement (20) Folgendes aufweist: einen Träger (28) mit einem ersten Arm (44), der eine erste Fläche (45) aufweist, einem zweiten Arm (46), der eine zweite Fläche (47) aufweist und einer Verbindungswand (48), die die erste Fläche (45) von der zweiten Fläche (47) beabstandet, eine erste Auflage (40, 76), die vom Träger (28) getrennt ist, und die eine Plattform (58, 78) aufweist und mindestens eine Richtungswand, die schrägwinklig (60, 62, 82) in Bezug auf den Träger (28) ist, ein erstes Schaumelement (36, 86), das von einem thermisch expandierenden Schaum (30) bereitgestellt ist, der auf der Plattform (58, 78) aufgenommen ist; und einen Verbinder (74), der das erste Schaumelement (36) und die erste Auflage (40) mit der ersten Fläche (45) des ersten Arms (44) verbindet.
  17. Strukturelles Verstärkungselement nach Anspruch 16, das eine zweite Auflage (42) enthält, die vom Träger (28) getrennt ist, und die eine Plattform (58, 78) und eine Richtungswand (60, 62, 82) aufweist, und ein zweites Schaumelement (38, 86), das auf der zweiten Auflage (42) aufgenommen ist und durch einen zweiten Verbinder (74) mit dem zweiten Arm (46) verbunden ist.
  18. Strukturelles Verstärkungselement nach Anspruch 17, wobei die erste Auflage (40, 78) am ersten Arm (44) angebracht ist, um das Schäumen des ersten Schaumelements (36, 86) vom zweiten Arm (46) weg zu leiten.
  19. Strukturelles Verstärkungselement nach Anspruch 17 oder 18, wobei die zweite Auflage (42) am zweiten Arm (46) angebracht ist, um das Schäumen des zweiten Schaumelements (38, 86) vom ersten Arm (44) weg zu leiten.
  20. Strukturelles Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei die Plattform (58, 78) mindestens eine Öffnung (72, 80) enthält, um das Durchfließen des Schaums (36, 38, 86) beim Schäumen durch sie hindurch zu ermöglichen.
  21. Strukturelles Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei die Auflage (40, 42) erste und zweite gegenüberliegende Richtungswände (60, 62) enthält, die schrägwinklig in Bezug auf die Plattform (58, 78) sind, wobei das Schaumelement (36, 38, 86) auf der Plattform (58, 78) zwischen den Richtungswänden (60, 62) aufgenommen ist.
  22. Strukturelles Verstärkungselement nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei der Schaum (30) ein SBS-Blockcopolymer, ein Polystyren, ein Gummi, ein Bisphenol-A-basiertes flüssiges Epoxyharz, Ruß, Silika, Glasmikrosphären, ein Treibmittel, einen Katalysator und ein Härtemittel umfasst.
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