DE60312112T2

DE60312112T2 - Verstärktes Bauelement

Info

Publication number: DE60312112T2
Application number: DE60312112T
Authority: DE
Inventors: David Platner; Jim Trotter; Xinyu Wen
Original assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Current assignee: ArvinMeritor Technology LLC
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: ES2281608T3; US20040232688A1; EP1426273B1; EP1426273A3; JP2004182227A; DE60312112D1; US7341317B2; EP1426273A2; US20080044609A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verstärktes Bauteil, und insbesondere betrifft die Erfindung ein Verstärken eines hohlen Körpers mit einem Material wie etwa einem Integralschaum.
Hohle Bauteile werden bei verschiedensten Fahrzeuganwendungen verwendet. Beispielsweise sind Abschnitte der Fahrzeugkarosserie wie etwa A- und B-Säule aus dünnwandigen, hohlen Teilen gebildet. Auch bei Radaufhängungsbaugruppen kommen immer dünnere Wandungen für rohrförmige Elemente wie etwa Achsen zum Einsatz. Die Verwendung dünnwandiger Bauteile hat den Vorteil, daß Kosten und Gewicht der Baugruppe, bei der das Teil verbaut wird, vermindert sind.
Bei Achsen ist eine Wandstärke wünschenswert, die ein Höchstmaß an Biege- und Drehsteifigkeit bei minimalem Gewicht bietet. Je geringer jedoch die Wandstärke ist, desto leichter knickt der Körper unter Last ein. Zum Beispiel werden üblicherweise zusätzliche Beschlagteile wie etwa Federstützen an den hohlen Achskörper geklemmt. Die Wandung knickt eventuell unter der Klemmlast ein, oder die Blattfeder könnte während des Betriebs der Radaufhängungsbaugruppe wandern. Zu diesem Zweck wurden bei Achsbaugruppen aus dem Stand der Technik lokale Versteifungen hinzugefügt, wie etwa durch Anschweißen zusätzlicher Verstärkungsplatten zur Erhöhung der Steifigkeit.
Für Fahrzeuganwendungen wie etwa hohle Körperstrukturen, z.B. A- und B-Säulen, wurden zur örtlichen Verstärkung Integralschäume in den hohlen Hohlraum des Körpers eingespritzt. Der Integralschaum dehnt sich so aus, daß er den Raum ausfüllt, und härtet zur Versteifung des Bereichs aus. In dem hohlen Körper müssen jedoch Wandungen ausgebildet sein, um den Schaum auf den gewünschten Bereich zu begrenzen, da der Integralschaum sehr kostspielig ist. Dies wird erreicht, indem Stahlwandungen in den Körper gestanzt oder geschweißt werden, die den Schaum eingrenzen. Dadurch wird die Ausbildung des hohlen Bauteils aufwendiger, wodurch sich die Kosten bei der Gestaltung einer Konstruktion, bei der die Wandungen zur Einfassung des Integralschaums untergebracht sind, erheblich erhöhen können.
Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren und einer Vorrichtung zur lokalen Verstärkung eines hohlen Bauteils, während die Kosten und der Konstruktionsaufwand von Lösungen aus dem Stand der Technik verringert werden.
Die US-A-6 321 793 betrifft ein Blasensystem zur Verstärkung von Bauteilen, bei dem ein flexibles Element unter Bildung einer Barriere innerhalb eines hohlen Elements aufgeblasen wird. Das flexible Element kann zu Verstärkungszwecken mit einem Schaummaterial aufgebläht werden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Die vorliegende Erfindung schafft ein verstärktes Bauteil gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Bereitstellung desselben nach Anspruch 6.
Bei einem bevorzugten Verfahren wird der Beutel mittels eines Rohres in den Hohlraum eingeführt. Vorzugsweise wird mit einer Vorrichtung ein Integralschaum wie etwa ein Zweikomponenten-Epoxid in den Beutel eingespritzt. Dann wird der Beutel geschlossen und das Ende des Beutels in den Hohlraum eingeführt. Vorzugsweise wird über dem Loch des Hohlraums eine Kappe angebracht. Im Gebrauch dehnt sich der Schaum aus und füllt den Hohlraum aus, ist aber innerhalb des Beutels gehalten, wodurch eine örtliche Verstärkung in dem gewünschten Bereich entsteht. Die Kappe kann ein Positioniermittel aufweisen, das ein Bauelement wie etwa eine Blattfeder positioniert.
Demzufolge schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer lokalen Verstärkung eines hohlen Bauteils bei gleichzeitiger Verringerung der Kosten und des Konstruktionsaufwands von Lösungen aus dem Stand der Technik.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachstehende ausführliche Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich; darin zeigen:
1A einen Beutel, der in den Hohlraum eines hohlen Körpers eingeführt wird;
1B einen Beutel, in den Integralschaum eingespritzt wird;
1C den mit einem Integralschaum gefüllten Beutel;
1D den geschlossenen Beutel, wobei das Ende des Beutels eine in den Hohlraum eingeführte Öffnung hat;
1E das mit einer Kappe verschlossene Loch des Körpers;
1F den Integralschaum, der sich in dem Hohlraum vollständig ausgedehnt hat; und
2 eine Radaufhängungsbaugruppe mit einer hohlen Achse, die im Bereich der Radaufhängungsbefestigung örtlich verstärkt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die 1A–1F ist bei 10 eine erfindungsgemäße verstärkte Baugruppe gezeigt. Die Gruppe 10 weist einen hohlen Körper 12 auf, der einen Hohlraum 14 definiert, wobei ein Loch 15 in der Wandung des Körpers 12 Zugang zum Hohlraum 14 herstellt. Ein Beutel 16 wird unter Verwendung eines in 1A gezeigten Rohres 17 durch das Loch 15 in den Hohlraum 14 eingeführt. Der Beutel 16 weist ein Ende 18 mit einer Öffnung 20 auf, die durch das Loch 15 verläuft. Beispielsweise kann der Beutel 16 aufgerollt und in ein Rohr aus Pappe eingeführt und dann in den Hohlraum 14 geschoben werden. Der Beutel kann aus jedem geeigneten Werkstoff bestehen, ist aber vorzugsweise aus einem hochtemperaturfesten thermoplastischen Kunststoff, der der exothermen Reaktion des sich ausdehnenden Schaums standhalten kann. Zu derartigen geeigneten Werkstoffen können Mylar, Gummi oder Polysulfon zählen. Natürlich kann jede Anzahl geeigneter Materialien eingesetzt werden. Der Beutel 16 grenzt den Schaum während des Aufschäumens ein, so daß keine Innenwände bzw. Leitbleche in dem hohlen Körper erforderlich sind, deren Konstruktion und Herstellung schwierig und teuer ist.
Wie am besten in den 1A und 1B gezeigt ist, wird mittels einer Vorrichtung 22 mit einer Düse 24 ein Schaum 26 durch die Öffnung 20 in den Beutel 16 eingespritzt. Die Vorrichtung 22 kann manuell oder automatisch betrieben werden. Als Integralschaum-Füllstoff könnte jedes geeignete Material mit einem hohen Modul verwendet werden. Der Schaum 26 kann ein Verbundwerkstoff wie etwa ein Kleber, ein gefülltes Acetalepoxidharz, ein Polyester oder jeder andere geeignete Werkstoff sein. Ein derartiger Werkstoff ist von Henkel unter der Handelsbezeichnung TEROCORE 1015A und B erhältlich. TEROCORE ist ein Zweikomponenten-Integralschaum mit einem hochfesten Expansions-Zweikomponenten-Epoxidharz mit einem volumenmäßigen Mischverhältnis von 2:1. Das Epoxidharz TEROCORE dehnt sich um etwa 30% aus und hat einen hohen Modul. TEROCORE ist ein exothermes Material, welches bei Umgebungstemperatur aushärtet, wenn die zwei Komponenten zusammengemischt werden, und innerhalb der ersten 30 Minuten von innen nach außen zu 90% aushärtet bzw. hart wird. TEROCORE härtet innerhalb von 24 Stunden vollständig aus und ist ein isocyanatfreies Material, das während seines Gebrauchs keine besondere Entlüftung erfordert. Der Epoxidharzanteil von TEROCORE hat eine gute Beständigkeit und bestimmt die Aushärtungsgeschwindigkeit. Dem Material können Füllstoffe zugesetzt werden, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, ihm Beständigkeit gegen Durchbiegen sowie Härte zu verleihen und den Kompressionsmodul festzulegen. Der Härtungsmittelanteil von TEROCORE bestimmt das Reaktionsvermögen, die Haftfähigkeit, den Kompressionsmodul sowie die Lagerbeständigkeit des Materials. Das Treibmittel von TEROCORE gibt die Zellstruktur vor und verringert das Gesamtgewicht des Integralschaums.
Wie aus 1D ersichtlich ist, wird der Beutel 16 geschlossen, sobald der Integralschaum 26 in ihn eingespritzt worden ist. Das Ende 18 kann zum Beispiel verdreht, wie bei 28 gezeigt, und in den Hohlraum 14 eingeschoben werden. Das Loch 15 kann verschlossen werden, indem eine Kappe 30 eingesetzt wird, wie in 1E gezeigt. Die Kappe 30 begrenzt ferner den Integralschaum 26 während des Aufschäumens und verleiht ein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild. Der Integralschaum dehnt sich so aus, daß er an den Innenwänden des Hohlraums 14 anliegt, und bleibt dennoch in den anderen Richtungen durch den Beutel 16 eingegrenzt, wie am besten in 1F gezeigt.
Die erfindungsgemäße verstärkte Baugruppe 10 kann bei jeder Anwendung mit dünnwandigem, hohlen Körper verwendet werden, wo eine örtliche Verstärkung notwendig ist. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise zur lokalen Verstärkung hohler Abschnitte der Fahrzeugkarosserie wie etwa A- und B-Säule eingesetzt werden. Bestimmte Bereiche der Karosserie können versteift werden, wodurch anderswo dünnere Wandungen verwendet werden können.
Die vorliegende Erfindung eignet sich auch zur Verwendung bei Radaufhängungsbaugruppen 32, wie in 2 gezeigt. Die Radaufhängungsbaugruppe 32 weist eine hohle Achse 33 zur Lagerung von Radaufhängungsbauelementen wie etwa eine Blattfeder 38 auf. Ein Abschnitt der Achse 33 kann lokal verstärkt sein, wie oben mit Bezug auf die 1A–1F beschrieben, um eine zusätzliche Gefügesteifigkeit zu schaffen. Das Loch kann durch eine Kappe 34 verschlossen sein, die ein Positioniermittel 35 wie z.B. einen davon hervorstehenden Vorsprung hat. Eine die Blattfeder 38 lagernde Stütze 36 kann ein Merkmal aufweisen, das zu dem des Positioniermittels an der Kappe 38 komplementär ist, um die Radaufhängungsbaugruppe 32 während der Montage relativ zur Achse 33 zu fixieren. Die Stütze 36 wird mittels einer Bügelschraubenanordnung 40 an der Achse 33 befestigt, wie auf dem technischen Gebiet wohlbekannt ist. Der Fachmann erkennt, daß auch andere Bauelemente als die oben beschriebene Blattfeder 38 an der hohlen Achse 33 bzw. jedem anderen hohlen Element befestigt werden können. Beispielsweise kann eine Luftfeder oder ein anderes Bauelement, das üblicherweise eine große Last auf die Achse 33 aufbringt, im verstärkten Bereich angeordnet werden. Im Falle einer Achse neigt die hohle Achse 33 üblicherweise dazu, unter der Klemmlast einzuknicken, oder die Radaufhängungsbaugruppe 32 neigt zu einem Wandern relativ zur Achse. Mit dem lokal verstärkten hohlen Körper gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhöhte Steifigkeit geschaffen und dadurch vermieden, daß die Radaufhängungsbaugruppe knickt oder wandert.
Die Erfindung ist veranschaulichend beschrieben worden, und es sollte klar sein, daß die verwendete Terminologie in ihrem Wesen beschreibend und nicht einschränkend sein soll. In Anbetracht der obigen Lehren sind offensichtlich viele Abwandlungen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung möglich. Daher sollte klar sein, daß die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche anders ausgeführt werden kann als speziell beschrieben.

Claims

Verstärktes Bauteil (10) umfassend: einen hohlen Körper (12), der einen Hohlraum (14) definiert; einen in dem Hohlraum angeordneten Beutel (16), der einen Raum definiert; und ein in dem Beutel angeordnetes Material (26), das den Raum ausfüllt; dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine Achse ist, wobei ein Radaufhängungsbauelement (38) nahe des Materials an der Achse befestigt ist, und wobei der Körper ein Loch hat, mit einer in dem Loch angeordneten Kappe (34), die ein Positioniermittel (35) aufweist, wobei das Positioniermittel das Bauelement der Radaufhängung positioniert.
Verstärktes Bauteil nach Anspruch 1, bei dem der Beutel (16) zusammengedrückt eine Größe aufweist, die kleiner oder gleich dem Loch ist, um das Einführen des Beutels in den Hohlraum (14) zu ermöglichen.
Verstärktes Bauteil nach Anspruch 2, bei dem die Kappe (34) in das Loch eingesetzt ist und den Hohlraum (14) schließt.
Verstärktes Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Beutel (16) ein Ende (18) mit einer Öffnung (20) aufweist, die das Einfüllen des Materials in den Beutel erleichtert.
Verstärktes Bauteil nach Anspruch 4, bei dem das Ende innerhalb des Hohlraums (14) angeordnet ist.
Verfahren zur lokalen Verstärkung eines hohlen Körpers, mit den Verfahrensschritten: a) Einführen eines Beutels (16) in einen Hohlraum (14) eines Körpers; b) Füllen des Beutels mit einem Material (26); und c) Ausdehnen des Materials; dadurch gekennzeichnet, daß ein Radaufhängungsbauelement (38) nahe des Materials an der Achse befestigt ist, und der Körper ein Loch hat, mit einer in dem Loch angeordneten Kappe (34), die ein Positioniermittel (35) aufweist, wobei das Positioniermittel das Radaufhängungsbauelement positioniert.
Verstärktes Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Material ein Integralschaum, vorzugsweise ein Zweikomponenten-Epoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem der Beutel (16) vor dem Verfahrensschritt c) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem das Ende des Beutels (16) verschlossen und in den Hohlraum (14) eingeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Verfahrensschritt a) das Einführen des Beutels (16) durch ein Loch im Körper beinhaltet und die Kappe (34) nach dem Verfahrensschritt b) in das Loch eingesetzt wird.