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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren und
eine Gruppe zum Befestigen und Verstärken eines Bauelements in einem Kraftfahrzeug.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren
und eine Gruppe zum Befestigen zweier Teile eines Bauelements aneinander
und zum Verstärken
des Bauelements, um die Festigkeit, die Steifigkeit und/oder die
strukturelle Unversehrtheit des Bauelements zu erhöhen.
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Hintergrund der Erfindung
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Seit
vielen Jahren beschäftigen
sich die Transportindustrie und andere Industrien mit der Entwicklung
von verstärkten
Bauelementen, die nicht wesentlich zu dem Gewicht eines Fahrzeugs
oder anderen Artikels beitragen. Die
U.S.-Patente mit den Nummern
5,755,486 ,
4,901,500 und
4,751,249 beschreiben zum
Beispiel Verstärkungsvorrichtungen auf
dem Stand der Technik. Diese Vorrichtungen auf dem Stand der Technik
können
zwar unter manchen Umständen
zweckmäßig sein,
doch kann man auf Schwierigkeiten stoßen, wenn Verstärkungsmaterialien
oder Elemente in Verbindung mit Befestigern, Befestigungsgruppen
oder anderen ähnlichen
Vorrichtungen verwendet werden. Einige Verstärkungsmaterialien ändern zum
Beispiel und ohne Einschränkung
während
einer Herstellung von Artikeln (z. B. Kraftfahrzeugen) physikalische
Zustände
(erweichen z. B.), was dazu führt,
dass sich die Verstärkungsmaterialien
ausdehnen, zusammenziehen, fließen
o. Ä. Diese Änderungen
wiederum können
nachteilige Auswirkungen auf Vorrichtungen, wie z. B. Befestiger,
haben, die verwendet werden, um Elemente zusammenzubauen oder aneinander
zu befestigen, oder um in den Artikeln auf andere Weise zu wirken. Es
besteht somit ein Bedarf an einem Verfahren und einer Gruppe zum
Verstärken
von Bauelementen, wobei die Funktionen von anderen Vorrichtungen, wie
z. B. Befestigern, die mit den Bauelementen einhergehen, im Wesentlichen
unberührt
bleiben oder verbessert werden.
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Die
EP 0891918 A1 bezieht
sich auf eine laminierte strukturelle Trennwand von zwei Teilen,
an einem Teil von Flanschen auseinander gehalten und mit einer Hülse zum
Aufnehmen eines Bolzens versehen, die Schaum enthalten kann.
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Insbesondere
in der Kraftfahrzeugindustrie besteht ein Bedarf an einem relativ
kostengünstigen Verfahren
und Gruppe zum Verstärken
von Kraftfahrzeugsäulenstrukturen
in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren und die Gruppe einen oder
mehrere Befestiger oder Befestigungsgruppen, die an den Säulenstrukturen
montiert werden, unterbringen oder umfassen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich auf ein Verfahren und eine Gruppe
zum Befestigen und Verstärken
eines Bauelements. Die Gruppe umfasst vorzugsweise ein oder mehrere
Elemente oder Teile, die vorzugsweise mit einem Befestiger (z. B.
einem Befestigungselement oder einer Befestigungsgruppe) kombiniert
werden, um das Bauelement zu bilden. Die Gruppe umfasst auch ein
Verstärkungsmaterial, das
in dem Hohlraum verteilt ist, welches aktivierbar ist, so dass es
sich ausdehnt und an angrenzenden Oberflächen anhaftet, und einen Abstandshalter,
der zu den Elementen, den Teilen, dem Befestiger oder einer Kombination
davon gehören
oder separat davon sein kann. Das Verstärkungsmaterial kann an dem
Abstandshalter angebracht sein, und das Verstärkungsmaterial und der Abstandshalter
werden entweder zusammen als ein Verbund oder separat an dem Bauelement
angebracht. In Betrieb hält
der Abstandshalter Wände
des Bauelements vorzugsweise mit Zwischenraum voneinander angeordnet,
was dem Befestiger dabei hilft, sich selbst fest an dem Bauelement
anzubringen, während
das Verstärkungsmaterial
Zustände ändert (z.
B. erweicht, sich aktiviert oder sich ausdehnt).
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Auf
diese Weise kann das Verstärkungsmaterial
aktiviert und ausgedehnt werden, ohne dass die Fähigkeit des Befestigers, an
dem Bauelement befestigt zu bleiben, reduziert wird. Das Bauelement, der
Befestiger, das Verstärkungsmaterial
und der Abstandshalter sind in einer bevorzugten Ausführungsform
derart, dass sie es ermöglichen,
dass während einer
Aktivierung und Ausdehnung des Verstär kungsmaterials ein konstantes
Befestigungsmoment beibehalten wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Merkmale und erfinderischen Aspekte der vorliegenden Erfindung werden
bei Lesen der folgenden ausführlichen
Beschreibung, Ansprüche
und Zeichnungen, für
die es sich bei dem Folgenden um eine kurze Beschreibung handelt,
deutlicher:
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1 stellt
eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer baulich verstärkten Gruppe
dar;
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2 stellt
eine Schnittansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
einer baulich verstärkten
Gruppe gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
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2(a)–2(b) stellen perspektivische Ansichten
von beispielhaften Ausführungsformen
für Verbunde,
die zur Verwendung mit der baulich verstärkten Gruppe von 2 geeignet
sind, dar;
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2(c) stellt eine Draufsicht einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
eines Verbundes, der zur Verwendung mit der baulich verstärkten Gruppe
von 2 geeignet ist, dar;
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3 stellt
eine Schnittansicht einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
einer baulich verstärkten
Gruppe gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
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3(a) stellt eine Schnittansicht einer
beispielhaften Ausführungsform
eines Verbundes, geeignet zur Verwendung mit der baulich verstärkten Gruppe
von 3, dar;
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4(a) stellt eine perspektivische Ansicht eines
beispielhaften Verbundes, der als eine Verstärkung für eine baulich verstärkte Gruppe
nützlich
ist, dar;
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4(b) stellt eine Untersicht eines beispielhaften
Elements, das zur Aufnahme des Verbundes von 4(a) geeignet
ist, dar;
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4(c) stellt eine Schnittansicht des Verbundes
von 4(a), wie er auf das Element von 4(b) angewendet wurde, dar;
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4(d) stellt eine Schnittansicht einer
beispielhaften Ausführungsform
einer baulich verstärkten
Gruppe, gebildet mit dem Verbund von 4(a), dar;
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5(a) stellt eine perspektivische Ansicht einer
Anordnung, die als eine Verstärkung
für eine baulich
verstärkte
Gruppe nützlich
ist, dar;
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5(b) stellt eine Schnittansicht einer
beispielhaften Ausführungsform
einer baulich verstärkten
Gruppe, die mit dem Verbund von 5(a) gebildet
wurde, dar;
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6 stellt
eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer baulich verstärkten Gruppe
gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
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7(a)–7(b) stellen Schnittansichten der Bildung
einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer baulich verstärkten Gruppe
gemäß einem weiteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
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8(a) stellt eine perspektivische Ansicht eines
beispielhaften Verbundes, der gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung gebildet wurde, dar;
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8(b) stellt eine perspektivische Ansicht des
beispielhaften Verbundes von 8(a),
auf ein beispielhaftes Element angewendet, dar;
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8(c) stellt eine Schnittansicht des beispielhaften
Verbundes und des beispielhaften Elements von 8(b),
entlang Linie 8C-8C aufgenommen, dar; und
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8(d) stellt eine Schnittansicht einer
weiteren beispielhaften baulich verstärkten Gruppe gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Die
vorliegende Erfindung stellt allgemein eine Gruppe und ein Verfahren
für ein
Befestigen, ein Verstärken
oder beides eines Bauelements zur Verfügung. Die Gruppe und das Verfahren
stellen vorzugsweise eins oder eine Kombination aus den Folgenden
zur Verfügung:
- (1) ein Bauelement, das einen Hohlraum aufweist, wobei
das Bauelement vorzugsweise einen ersten Teil und einen zweiten
Teil umfasst, die den Hohlraum dazwischen definieren;
- (2) einen Befestiger, der an dem Bauelement angebracht ist,
wobei der Befestiger vorzugsweise eine Kraft zur Verfügung stellt,
die den ersten Teil über
den Hohlraum in Richtung des zweiten Teils treibt;
- (3) ein Verstärkungsmaterial,
das aktivierbar ist, so dass es Zustände ändert (z. B. fließt, erweicht, härtet), wobei
das Verstärkungsmaterial
vorzugsweise in dem Hohlraum verteilt ist; und
- (4) einen oder mehrere Abstandshalter, um den ersten Teil und
den zweiten Teil gegen die Kraft, die durch den Befestiger zur Verfügung gestellt wird, stützen zu
helfen, wobei der eine oder die mehreren Abstandshalter ein solches
Stützen
vorzugsweise zur Verfügung
stellen, während
das Verstärkungsmaterial
Zustände ändert.
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Bezieht
man sich auf 1, so erkennt man, dass eine
beispielhafte baulich verstärkte
Gruppe 10 dargestellt wird. Die Gruppe 10 umfasst
ein Bauelement 12, das einen Hohlraum 14 definiert,
und einen Befestiger 16, der an dem Bauelement 12 angebracht
ist. Wie dargestellt wird, sind in dem Hohlraum 14 ein
Abstandshalter 18 und ein Verstärkungsmaterial 20 angeordnet.
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Das
Bauelement 12 kann in einer Mehrzahl von Produktionsartikeln
Verwendung finden. Das Bauelement 12 kann zum Beispiel
und ohne Einschränkung
in Möbel,
Vorrichtungen, Transportfahrzeuge, Gebäude oder andere Gegenstände, die während ihrer
Verwendung vorzugsweise eine strukturelle Unversehrtheit gegen ein
oder mehrere Kräfte aufweisen,
integriert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich
bei dem Bauelement 12 um einen Teil eines Kraftfahrzeugs
(nicht dargestellt). Beispielhafte Bauelemente von Kraftfahrzeugen
umfassen Türbalken,
Türbalkengruppen, Türscharniere,
Säulen,
Rahmen, Schienen, Türrasten,
Scharniere, Schweller, Ladetüren,
Fließhecks, Heckklappen
und andere Teile von Kraftfahrzeugen. Wie es sich versteht, können in
der Dach- und Säulenstruktur
auch Fenster, Schiebedächer
oder andere entfernbare Dächer,
Fahrzeugtüren
und Türkomponenten,
Dachhimmel (mit oder ohne oberes Zubehör) o. Ä. umfasst sein. Das Bauelement 12 kann
als eine Säulenstruktur
(z. B. eine A-, B- oder C-Säule), ein
Türscharnier,
eine Türraste,
Kombinationen davon o. Ä. eines
Kraftfahrzeugs erachtet werden. In 1 umfasst
das Bauelement 12 einen ersten Teil 30 und einen
zweiten Teil 32, wobei der Hohlraum 14 dazwischen
angeordnet ist. Bei dem ersten Teil 30 und dem zweiten
Teil 32 kann es sich um separate Komponenten (z. B. Elemente)
handeln, die zusammengebaut werden, um das Bauelement bilden, oder es
kann sich bei dem ersten Teil 30 und dem zweiten Teil 32 alternativ
um eine einzige integrierte Komponente handeln.
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Der
Befestiger 16 der Gruppe 10 kann in einer Mehrzahl
von Formen und Konfigurationen zur Verfügung gestellt werden. Der Befestiger 16 kann
irgendeiner aus einer Mehrzahl von bekannten Befestigern oder Befestigergruppen,
wie z. B. eine Gruppe aus Mutter und Schraube, eine Klammer, ein
Niet, eine Klemme, ein Halter, eine Schraube, ein Schäkel o. Ä., sein.
Alternativ kann es sich bei dem Befestiger 16 um einen
neuartigen Befestiger oder Befestigungsgruppe oder um einen Befestiger
oder eine Befestigungsgruppe, die für eine bestimmte Anwendung
konfiguriert oder konzipiert worden ist, handeln. Der Befestiger
umfasst zumindest ein Element 36, das mit Gewinde versehen
ist, und welches gewindemäßig an einem
zweiten Gewindeelement angebracht werden kann. In 1 wird
das zweite Gewindeelement 38 als eine zweite Komponente
des Befestigers 16 dargestellt, allerdings versteht es
sich, dass das zweite Gewindeelement auch ein Gewindeteil des ersten
Teils 30 und des zweiten Teils 32, eines Teils
oder der Gesamtheit des Abstandshalters 18, eines Teils
oder der Gesamtheit des Verstärkungsmaterials 20 o. Ä. sein kann.
Wie in 1 dargestellt wird, stellt der Befestiger 16 vorzugsweise
ein oder mehrere Kräfte
(F) zur Verfügung,
die die Teile 30, 32 des Bauelements 12 über den
Hohlraum 14 zusammentreiben.
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Der
Abstandshalter 18, wie er hier definiert wird, kann in
irgendeiner aus einer Mehrzahl von Formen, Größen o. Ä., die vorzugsweise zumindest
bei der Bereitstellung einer Unterstützung für das Bauelement 12 (d.
h. den ersten Teil und den zweiten Teil) gegen die Kräfte (F),
die durch den Befestiger 16 zur Verfügung gestellt werden, helfen,
konfiguriert sein. Der Abstandshalter 18 weist vorzugsweise
mit Zwischenraum angeordnete Oberflächen 40 auf, die konfiguriert
sind, um ein oder mehrere Wände 42,
die den Hohlraum 14 definieren, zu berühren, so dass der Abstandshalter 18 im
Stande ist, den ersten Teil 30 und den zweiten Teil 32 im
Wesentlichen um einen vorgegebenen Abstand getrennt angeordnet zu
halten. Wie in 1 dargestellt wird, handelt
es sich bei dem Abstandshalter 18 um eine separate Komponente;
allerdings kann der Abstandshalter 18 in alternativen Ausführungsformen
in das Bauelement 12, den Befestiger 16 (z. B.
als Teil einer Befestigergruppe), das Verstärkungsmaterial 20 oder
eine Kombination davon integriert sein.
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Die
Teile 30, 32, der Abstandshalter 18 und der
Befestiger 16 können
aus einer Mehrzahl von Materialien, wie z. B. einem polymeren Material, Kunststoffen,
Metallen o. Ä.,
gebildet werden. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird jede der Komponenten zumindest teilweise oder im Wesentlichen
ganz aus Aluminium, Magnesium, Stahl, anderen Metallen, Kombinationen
davon o. Ä.
gebildet.
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Das
Verstärkungsmaterial 20 ist
vorzugsweise ein wärmeaktiviertes
Verstärkungsmaterial
mit hoher Druckfestigkeit, das schäumbare Eigenschaften aufweist.
Das Material kann sich gewöhnlich
trocken oder klebrig anfühlen
und kann in irgendeiner Form von gewünschtem Muster, Anordnung oder Dicke zwischen
den Elementen 62, 64 liegend angebracht sein,
hat aber vorzugsweise eine im Wesentlichen einheitliche Dicke. Ein
beispielhaftes dehnbares Material 34 ist der über L & L Products, Inc.,
Romeo, Michigan, USA, erhältliche
Strukturschaum L-5204.
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Zwar
sind für
das Verstärkungsmaterial 20 andere
wärmeaktivierte
Materialien möglich,
doch ein bevorzugtes wärmeaktiviertes
Material ist ein dehnbarer Kunststoff, und vorzugsweise einer, der schäumbar ist.
Ein insbesondere bevorzugtes Material ist ein Strukturschaum auf
Epoxid-Basis. Bei dem Strukturschaum kann es sich zum Beispiel ohne
Einschränkung
um ein Material auf Epoxid-Basis handeln, wobei ein Ethylen-Copolymer
oder -Terpolymer, das ein Alpha-Olefin
aufweisen kann, umfasst wird. Als ein Copolymer oder Terpolymer
besteht das Polymer aus zwei oder drei unterschiedlichen Monomeren,
d. h. kleinen Molekülen
mit hoher chemischer Reaktivität,
die zu einer Verbindung mit ähnlichen Molekülen im Stande
sind.
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In
der Technik ist eine Anzahl Strukturverstärkungsschäume auf Epoxid-Basis bekannt
und kann ebenfalls verwendet werden, um den Strukturschaum herzustellen.
Ein üblicher
Strukturschaum umfasst ein polymeres Basismaterial, wie z. B. ein Epoxidharz
oder ethylenbasiertes Polymer, das sich bei Mischen mit geeigneten
Bestandteilen (üblicherweise
einem Treib- und Härtungsmittel)
bei der Anwendung von Wärme
oder dem Auftreten einer bestimmten Umgebungsbedingung in einer
zuverlässigen
und vorhersehbaren Weise ausdehnt und härtet. Der Strukturschaum wird
von einem chemischen Standpunkt für ein thermisch aktiviertes
Material aus vor einer Härtung
zunächst
gewöhnlich
als ein fließfähiges thermoplastisches
Material verarbeitet. Beim Härten
findet eine Vernetzung statt, wodurch das Material außer Stande
ist, weiter zu fließen.
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Bei
einem Beispiel für
eine bevorzugte Strukturschaumformulierung handelt es sich um ein
Material auf Epoxid-Basis,
das unter den Bezeichnungen L5206, L5207, L5208, L5209, XP321 und
XP721 von L & L
Products, Romeo, Michigan, USA, handelsüblich ist. Ein Vorteil der
bevorzugten Strukturschaummaterialien gegenüber Materialien auf dem Stand
der Technik besteht darin, dass die bevorzugten Materialien auf
etliche Weisen verarbeitet werden können. Die bevorzugten Materialien
können
durch Spritzgießen,
Strangformpressen oder mit einem Mini-Applikator verarbeitet werden.
Das ermöglicht
die Bildung und Gestaltung von Teilkonzeptionen, die das Potenzial
der meisten Materialien auf dem Stand der Technik übertreffen.
In einer bevorzugten Ausführungsform
fühlt sich
der Strukturschaum (in seinem ungehärteten Zustand) gewöhnlich trocken
oder relativ klebrigkeitsfrei an und kann durch Befestigungsmittel,
die in der Technik wohlbekannt sind, leicht an den Elementen 62, 64 angebracht
werden.
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Zwar
sind die bevorzugten Materialien zur Herstellung des Verstärkungsmaterials
20 offenbart worden,
doch kann das Verstärkungsmaterial
20 aus anderen
Materialien gebildet werden, sofern das selektierte Material wärmeaktiviert
oder ansonsten durch eine Umgebungsbedingung (z. B. Feuchtigkeit, Druck,
Zeit o. Ä.)
aktiviert wird und in einer vorhersehbaren und verlässlichen
Weise unter für
die selektierte Anwendung geeigneten Bedingungen härtet. Bei
einem solchen Material handelt es sich um das Harz auf Epoxid-Basis, das in dem
am 8. März 1999
von dem Rechtsnachfolger dieser Anmeldung beim United States Patent
and Trademark Office (dt.: U.S.-Patent- und Markenamt) eingereichten
U.S.-Patent Nr. 6,131,897 ,
dessen Lehren hier durch Literaturhinweis umfasst werden, offenbart
wird. Einige weitere mögliche
Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Polyolefin-Materialien,
Copolymere und Terpolymere mit zumindest einem Monomertyp, Alpha-Olefin,
Phenol-Formaldehyd-Materialien, Phenoxy-Materialien und Polyurethan-Materialien mit hohen
Glasübergangstemperaturen.
Siehe auch die
U.S.-Patente mit
den Nummern 5,766,719 ,
5,755,486 ,
5,575,526 und
5,932,680 (durch Literaturhinweis
umfasst). Die erwünschten
Eigenschaften des Strukturschaums umfassen gewöhnlich eine relativ hohe Steifigkeit,
eine hohe Festigkeit, eine hohe Glasübergangstemperatur (üblicherweise
höher als 70
Grad Celsius) und gute Korrosionsbeständigkeitseigenschaften. Auf
diese Weise gerät
das Material gewöhnlich
nicht mit den Materialiensystemen, die von Automobilherstellern
verwendet werden, in Konflikt.
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Bei
Anwendungen, wo es sich bei dem Verstärkungsmaterial 20 um
ein wärmeaktiviertes,
thermisch expandierendes Material handelt, ist eine wichtige Überlegung,
die mit der Selektion und Formulierung des Materials, den Strukturschaum
umfassend, einhergeht, die Temperatur, bei der eine Materialreaktion
oder Ausdehnung und möglicherweise eine
Härtung
stattfindet. Bei den meisten Anwendungen ist es zum Beispiel nicht
wünschenswert,
dass das Material bei Raumtemperatur oder ansonsten bei der Umgebungstemperatur
in einer Fertigungsstraßenumgebung
reaktiv ist. Üblicher
ist es, dass der Strukturschaum bei höheren Verarbeitungstemperaturen,
wie z. B. denjenigen, wie sie in einer Automobilmontageanlage angetroffen
werden, reaktiv wird, wenn der Schaum zusammen mit den Fahrzeugkomponenten
bei hohen Tem peraturen oder bei höher angelegten Energiestufen,
z. B. während
Lackiervorbereitungsschritten, verarbeitet wird. Während Temperaturen,
die bei einer Kraftfahrzeugmontageoperation vorherrschen, in dem
Bereich von ungefähr
148,89°C bis
204,44°C
(ungefähr
300°F bis
400°F) liegen
können,
betragen Karosserie- und Lackierwerkstattanwendungen gewöhnlich ungefähr 93,33°C (ungefähr 200°F) oder etwas
mehr. Um bei verschiedenen Temperaturen außerhalb der obigen Bereiche
eine Ausdehnung hervorzurufen, können
bei Bedarf Treibmittelaktivatoren in die Zusammensetzung eingearbeitet werden.
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Geeignete
expandierbare Schäume
weisen gewöhnlich
einen Ausdehnungsbereich auf, der von circa 0 bis über 1000
Prozent reicht. Der Ausdehnungsgrad des Strukturschaums 34 kann
auf so hoch wie 1500 Prozent oder mehr erhöht werden. Eine Festigkeit
erhält
man üblicherweise
von Produkten, die über
eine geringe Ausdehnung verfügen.
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Einige
weitere mögliche
Materialien umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Polyolefin-Materialien,
Copolymere und Terpolymere mit zumindest einem Monomertyp, Alpha-Olefin, Phenol-Formaldehyd-Materialien,
Phenoxy-Materialien und Polyurethan. Siehe auch die
U.S.-Patente mit den Nummern 5,266,133 ,
5,766,719 ,
5,755,486 ,
5,575,526 ,
5,932,680 und die
WO 00/27920 (
PCT/US 99/24795 ). Die erwünschten
Eigenschaften des resultierenden Materials umfassen gewöhnlich einen relativ
niedrigen Glasübergangspunkt
und gute Korrosionsbeständigkeitseigenschaften.
Auf diese Weise gerät
das Material gewöhnlich
nicht mit den Materialiensystemen, die von Automobilherstellern verwendet
werden, in Konflikt. Darüber
hinaus hält
es den Verarbeitungsbedingungen, die gewöhnlich bei der Herstellung
eines Fahrzeugs ange troffen werden, wie z. B. der E-Coat-Grundierung,
Reinigung und Entfettung und anderen Beschichtungsprozessen wie
auch den Lackieroperationen, die man in der endgültigen Fahrzeugmontage antrifft,
stand.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird das Verstärkungsmaterial 20 in
einer gekapselten oder teilweise gekapselten Form zur Verfügung gestellt, wobei
ein Pellet umfasst werden kann, das ein dehnbares schäumbares
Material umfasst, das in einer adhäsiven Hülle gekapselt oder teilweise
gekapselt ist. Ein Beispiel für
ein solches System wird in der gleichzeitig anhängigen U.S.-Anmeldung mit dem Aktenzeichen
09/524,298 ("Expandable
Pre-Formed Plug")
desselben Inhabers offenbart.
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Wie
vorher erörtert
wurde, können
darüber hinaus
auch vorgeformte Muster verwendet werden, wie z. B. jene, die hergestellt
werden, indem eine Folie (mit einer ebenen oder profilierten Oberfläche) extrudiert
wird und dann gemäß einer
vorgegebenen Konfiguration gemäß der gewählten Säulenstruktur oder
Türbalken
abgestanzt und daran angebracht wird.
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Es
versteht sich für
den ausgebildeten Fachmann, dass das System in Kombination mit oder
als eine Komponente einer herkömmlichen
Schallblockierwand oder eines Fahrzeugbauverstärkungssystems verwendet werden
kann, wie z. B. in der gleichzeitig anhängigen U.S.-Anmeldung mit den
Aktenzeichen 09/524,961 oder 09/502,686 desselben Inhabers offenbart
wird.
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Mit
Rückbezug
auf 1 kann die Gruppe 10 gemäß einer
Mehrzahl von Verfahren oder Protokollen gebildet werden. Gemäß einem
Verfahren werden das Verstärkungsmaterial 20 und
der Abstandshalter 18, entweder einzeln oder in Kom bination,
an einem der Teile 30, 32 des Bauelements 12 angebracht
(z. B. darauf geschichtet), gefolgt davon, dass der andere der Teile 30, 32 an
das Verstärkungsmaterial 20 angebracht
(z. B. geschichtet) wird. Danach wird der Befestiger 16 verwendet,
um die Teile 30, 32 des Bauelements anzubringen
und vorzugsweise gewindemäßig aneinander
zu befestigen. In alternativen Ausführungsformen können der
Abstandshalter 18, das Verstärkungsmaterial 20 oder
beide in den Hohlraum 14 eingeführt werden, bevor oder nachdem
der Befestiger 16 an dem Bauelement 12 angebracht
worden ist.
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Das
Verstärkungsmaterial
kann während oder
nach der Bildung der Gruppe 10 aktiviert werden, so dass
es Zustände ändert (z.
B. erweicht), wie vorher oben beschrieben wird. Durch so eine Änderung
in den Zuständen
könnte
der Befestiger 16 normalerweise Kräften oder einem Mangel an Stützung ausgesetzt
sein, was wiederum die Fähigkeit
des Befestigers 16, an den Teilen 30, 32 angebracht
zu bleiben oder die Teile 30, 32 des Bauelements 12 aneinander
zu befestigen, reduzieren könnte.
Der Abstandshalter 18 kann allerdings zweckmäßigerweise zumindest
dabei helfen, die Teile 30, 32 des Bauelements 12 während der Änderung
von Zuständen
des Verstärkungsmaterials 20 zu
stützen,
wodurch es dem Befestiger 16 ermöglicht wird, seine Fähigkeit zur
Anbringung an den Teilen 30, 32 oder die Teile 30, 32 aneinander
anzubringen, zu erhalten. Dieser Vorteil wird für gewindefähige Befestiger mit Gründlichkeit
realisiert, wobei es ein Erweichen des Verstärkungsmaterials 20 dem
Teil 30, 32 des Bauelements 12 ermöglicht,
sich in Richtung zueinander zu biegen, was zu einem Momentverlust
der gewindefähigen
Befestiger führt.
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Man
erkennt, dass mit Bezug auf 2–6 beispielhafte
bevorzugte Ausführungsformen
der Gruppe der vorliegenden Erfindung dargestellt werden. Wie dargestellt
wird, werden die Ausführungsformen
mit Anwendung auf Fahrzeugsäulenstrukturen,
insbesondere B-Säulen,
dargestellt. Es versteht sich allerdings, dass die Erfindung auf
verschiedene Teile eines Kraftfahrzeugs oder andere Produktionsgegenstände angewendet
werden kann. Wenn nicht als solches in den Ansprüchen spezifiziert, soll die
Erfindung somit nicht durch ihre Umgebung begrenzt werden, und es
besteht keine Absicht, auf irgendwelche Äquivalente zu verzichten, auf
die die Erfindung Anspruch hat.
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In 2 wird
eine verstärkte
Baugruppe 50 mit einem Bauelement 52 (z. B. einer
Fahrzeugsäule) mit
einer oder mehreren daran angebrachten Befestigergruppen 54 (wobei
nur eine dargestellt wird) dargestellt. Das Bauelement 52 umfasst
ein erstes Element 62, angebracht an einem zweiten Element 64, die
anhand der Befestigergruppe 54 zumindest teilweise aneinander
angebracht oder befestigt sind. Das Bauelement 52 definiert
vorzugsweise einen Hohlraum 56 und das Verstärkungsmaterial 58 ist
in dem Hohlraum 56 verteilt.
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In
der dargestellten Ausführungsform
umfassen das erste Element 62 und das zweite Element 64 des
Bauelements 52 jeweils eine zentrale Wand 70, ein
Paar Flanschelemente 72 und ein Paar Seitenwände 74,
wobei sich das Paar Seitenwände 74 dementsprechend
von dem Paar an Flanschelementen 72 zu gegenüberliegenden
Seiten der zentralen Wand 70 erstreckt. Die Befestigergruppe 54 umfasst ein
erstes Gewindeelement 80 (z. B. eine Schraube), ein zweites
Gewindeelement 82 (z. B. eine Mutter), ein Scharnierelement 84,
einen Abstandshalter 86 und eine Scheibe 88. Es
wird selbstverständlich
erwogen, dass die Elemente 52, 62, 64,
das Verstärkungsmaterial 58 und
die Befestigergruppe 54 in einer Mehrzahl von alternativen
Formen, Konfigurationen und Größen zur
Verfügung
gestellt werden können
und aus alternativen Komponenten, die einander entsprechen können oder
nicht, bestehen können.
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Gemäß einem
beispielhaften Montageverfahren der bestimmten Ausführungsform
von 2 werden das Verstärkungsmaterial 58 und
der Abstandshalter 86 an dem ersten Element 62 angebracht
(z. B. darauf geschichtet), so dass sich ein oder mehrere Öffnungen
(z. B. Durchgangslöcher) des
Verstärkungsmaterials 58,
des Abstandshalters 86 und der zentralen Wand 70 des
ersten Elements 62 dementsprechend aufeinander ausrichten.
Das Verstärkungsmaterial 58 ist
vorzugsweise so konfiguriert, dass es dem ersten Element 62 im
Wesentlichen entspricht und/oder bündig dazu passt. Danach werden
das zweite Element 64 und das Scharnierelement 84 an
dem ersten Element 62 und dem Verstärkungsmaterial 58 angebracht
(z. B. darauf geschichtet), so dass sich ein oder mehrere Öffnungen (z.
B. Durchgangslöcher)
des zweiten Elements 64 und des Scharnierelements 84 auf
die vorher ausgerichteten ein oder mehreren Öffnungen des Verstärkungsmaterials 58,
des Abstandshalters 86 und der zentralen Wand 70 des
ersten Elements 62 ausrichten. Nach Anbringen des zweiten
Elements 64 an dem ersten Element 62 berühren die
Flanschelemente 72 der jeweiligen Elemente 62, 64 einander
vorzugsweise. Das Verstärkungsmaterial 58 und
der Abstandshalter 86 sind üblicherweise zumindest zum Teil
zwischen den Elementen 62, 64 angeordnet. Um eine
Befestigung der Gruppe 50 aneinander zu unterstützen, wird
das erste Gewin deelement 80 durch die ausgerichteten Öffnungen
des zweiten Elements 64, des Scharnierelements 84,
des Verstärkungsmaterials 58,
des Abstandhalters 86 und der zentralen Wand 70 des
ersten Elements 62 geführt,
gefolgt davon, dass das zweite Gewindeelement 82 gewindemäßig an dem
ersten Gewindeelement 80 befestigt wird.
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Das
Verstärkungsmaterial 58 kann
in Betrieb verschiedene Zustandsänderungen
durchmachen und kann insbesondere eine Erweichung auf Grund eines
Schmelzens, Fließens
o. Ä. durchmachen,
worauf ein Härten,
Aushärten
o. Ä. folgen
kann. Der Abstandshalter 86 hilft während solcher Zustandsänderungen
zweckmäßigerweise
dabei, das erste Element 62 und das zweite Element 64 zu
stützen
und insbesondere die zentralen Wände 70 der
Elemente 62, 64 gegen irgendeine wesentliche Biegung
in Richtung zueinander, die bei Fehlen des Abstandshalters 86 auftreten
könnte,
aufrechtzuerhalten. Die Gewindeelemente 80, 82 wiederum
behalten während
der ganzen Zustandsänderungen
des Verstärkungsmaterials 58 im
Wesentlichen dieselbe Menge Befestigungsmoment bei, so dass irgendein
potentielles Losewerden der Elemente 80, 82 reduziert
wird.
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Mit
Bezug auf 2(a) und 2(b) erkennt man,
dass der eine oder die mehreren Abstandshalter 86 in das
Verstärkungsmaterial 58 integriert
sind, so dass Verstärkungsverbunde 96 gebildet
werden, die als integrierte Einheiten zur Anwendung auf das erste
Element 62 oder das zweite Element 64 geeignet
sind. Solche Verbunde 96 können unter Verwendung einer
Mehrzahl von Verfahren und Protokollen gebildet werden. Zum Bilden
und Integrieren der Verbunde 96 können zum Beispiel und ohne
Einschränkung
Extrusions-, Form- oder
Gießverfahren
verwendet werden. In einer Ausführungs form
wird das Verstärkungsmaterial 58 extrudiert
und die Abstandshalter 86 werden in das Verstärkungsmaterial 58 integriert
(z. B. mechanisch oder manuell darin eingeführt). Die Abstandshalter 86 werden
vorzugsweise in das Verstärkungsmaterial 58 eingeführt, während das
Verstärkungsmaterial 58 im
Stande ist, eine äußere Umfangsoberfläche der
Abstandshalter 86 zu befeuchten (z. B. wenn die Temperatur
des Verstärkungsmaterials
erhöht
wird). So ein Befeuchten kann es später (z. B. bei Reduzieren der
Temperatur des Verstärkungsmaterials)
ermöglichen,
dass das Verstärkungsmaterial 58 zumindest
teilweise an den Abstandshaltern 86 anhaftet.
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In
einer weiteren alternativen Ausführungsform
und mit Bezug auf 2(c) erkennt man,
dass eine Platte 110 in das Verstärkungsmaterial 58 integriert
worden ist. Wie dargestellt wird, trägt die Platte 110 ein
Paar Abstandshalter 112. Es wird allerdings erwogen, dass
verschiedene Teile von Befestigern oder Befestigungsgruppen, wie
z. B. Gewindeelemente, Scharnierelemente, Scheiben o. Ä., getragen oder
an der Platte 110 angebracht werden können.
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Als
ein Beispiel für
eine Änderung,
die an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden kann, wird
es erwogen, dass verschiedene Befestigergruppen verwendet werden
können,
und dass verschiedene Funktionen der Befestigergruppen auf verschiedene
Weise mit verschiedenen Komponenten ausgeführt werden können. Der
Abstandshalter, das erste Gewindeelement und das zweite Gewindeelement,
das Scharnierelement oder irgendeine Kombination davon können zum
Beispiel und ohne Einschränkung
zusammen als eine einzige Einheit integriert werden. Alternativ
können
andere Komponenten an ihrer Stelle verwendet werden und können als eine
einzige Einheit zusammen integriert werden oder es kann sich um
separate befestigbare Komponenten handeln.
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In 3–3(a) wird eine beispielhafte alternative
verstärkte
Baugruppe 120 dargestellt, wobei die Gruppe 120 im
Wesentlichen mit der Baugruppe 10 von 1 identisch
ist, mit der Ausnahme, dass der Abstandshalter 86 und das
zweite Gewindeelement 82 durch ein Gewindeelement 122 ersetzt
wurden, das einen Abstandshalter 124 umfasst, der mit dem Gewindeelement 122 integriert
gebildet ist. Wie dargestellt wird, ist zumindest ein Teil des Abstandshalters 124 des
Gewindeelements 122 zwischen dem ersten Element 62 und
dem zweiten Element 64 platziert und ein Teil 126 des
Gewindeelements 122 erstreckt sich in eine Öffnung in
der zentralen Wand 70 des ersten Elements 62.
Das Gewindeelement 122 umfasst vorzugsweise ein oder mehrere
daran angebrachte oder damit integriert gebildete Vorsprünge 128.
Optional kann das Gewindeelement 122 an dem Verstärkungsmaterial 58 angebracht
sein, um, wie in 3(a) dargestellt
wird, einen Verbund 130 zu bilden.
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Während der
Montage wird der Teil 126 des Gewindeelements 122 in
die Öffnung
in der zentralen Wand 70 des ersten Elements 62 eingeführt und
die Vorsprünge 128 des
Elements 122 biegen sich in Richtung des Elements 122,
bis sich der Teil 126 durch die zentrale Wand 70 erstreckt
und es den Vorsprüngen 128 ermöglicht,
sich weg von dem Gewindeelement 122 zu erstrecken und das
Gewindeelement 122 oder den gesamten Verbund 130 an
das erste Element 62 anzubringen (z. B. presszupassen). Danach
kann das zweite Element 64 an dem ersten Element 62 angebracht
werden, indem z. B. das erste Gewindeelement 80 gewindemäßig an dem
dargestellten Gewindeelement 122 angebracht wird.
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In 4(a)–4(d) wird die Bildung einer weiteren beispielhaften
Ausführungsform
einer verstärkten Baugruppe 140 der
vorliegenden Erfindung dargestellt. In 4(a) wird
ein Verbund 142 dargestellt, wobei der Verbund 142 ein
Verstärkungsmaterial 144 umfasst,
an einem Gewindeelement 146 angebracht, das mit einem Abstandshalter 148 integriert
gebildet ist. Das Gewindeelement 146 umfasst auch einen zentralen
Teil 150, der den Abstandshalter 148 mit einem
verlängerten
Teil 152 verbindet. Man erkennt, dass in 4(b) das
erste Element 62 mit einer Aussparung 154 in seiner
zentralen Wand 70 dargestellt wird. Der Verbund 142 wird
an dem ersten Element 62 montiert, indem der verlängerte Teil 152 in
die Aussparung 154 und durch die zentrale Wand 70 des ersten
Elements 62 geführt
wird, gefolgt davon, dass das Gewindeelement 146, der Verbund 142 oder
beides gedreht wird, um das Gewindeelement 146 oder den
gesamten Verbund 142 an das erste Element 62 anzubringen
(z. B. presszupassen). In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Gewindeelement 146 einen Haltenocken 158,
so dass das Gewindeelement 146 einrastet, sobald es innerhalb
des ersten Elements 62 gedreht wird. In 4(c) wird
der Verbund 142 an dem ersten Element 62 montiert
dargestellt. Nachdem der Verbund 142 an dem ersten Element 62 montiert
wurde, kann die verstärkte
Baugruppe 140 dadurch gebildet werden, dass das zweite
Element 64 an dem ersten Element 62 angebracht
wird, indem z. B., wie dargestellt, das erste Gewindeelement 80 gewindemäßig an dem
Gewindeelement 146 angebracht wird.
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In 5(a) und 5(b) wird
die Bildung einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform
einer verstärkten
Baugruppe 170 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Man sieht,
dass in 5(a) ein Verbund 172 dargestellt
wird, wobei der Verbund 172 ein Verstärkungsmaterial 174 umfasst,
angebracht an einem Gewindeelement 176, das mit einem Abstandshalter 178 integriert
gebildet ist. Das Gewindeelement 176 umfasst auch einen
zylindrischen Teil 180. In 5(b) wird
der Verbund 172 an dem ersten Element 62 angebracht
(z. B. darauf geschichtet), so dass sich der zylindrische Teil 180 durch
die Öffnung in
der zentralen Wand 70 des ersten Elements 62 erstreckt.
Danach wird in den zylindrischen Teil 180 ein ringförmiger Vorsprung 184 gebildet
(z. B. gecrimpt), um das Gewindeelement 176 oder den gesamten Verbund 172 an
das erste Element 62 anzubringen (z. B. presszupassen).
Nachdem der Verbund 172 an dem ersten Element 62 montiert
wurde, kann die verstärkte
Baugruppe 170 dadurch gebildet werden, dass das zweite
Element 64 an dem ersten Element 62 angebracht
wird. Das erste Element 62 und das zweite Element 64 können befestigt
werden, indem, wie dargestellt, das erste Gewindeelement 80 gewindemäßig an dem
Gewindeelement 176 angebracht wird.
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In 6 wird
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer verstärkten
Baugruppe 200 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die
Baugruppe 200 in 6 ist im
Wesentlichen mit der Baugruppe 50 von 2 identisch,
mit der Ausnahme, dass das erste oder innere Element 62 und
der Abstandshalter 86 von 2 in 6 durch
ein erstes oder inneres Element 202 mit einem integrierten
Abstandsalter 204 ersetzt worden sind. Der Abstandshalter 204 ist mit
dem ersten Element 202 integriert gebildet und erstreckt
sich nach außen
weg von der zentralen Wand 70 des ersten Elements 202,
um die zentrale Wand 72 des zweiten Elements 64 zu
berühren.
Der Abstandshalter 204 wiederum hält die zentrale Wand 70 des
ersten Elements 202 mit Zwischenraum von der zentralen
Wand 70 des zweiten Elements 64 angeordnet, so
dass dazwischen ein Verstärkungsmaterial 210 verteilt
sein kann.
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In 7(a) und 7(b) wird
die Bildung einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform
einer verstärkten
Baugruppe 230 der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 7(a) ist das Verstärkungsmaterial 232 an
der zentralen Wand 70 des ersten Elements 62 angebracht
(z. B. darauf geschichtet) worden, so dass sich Durchgangslöcher der
Wand 70 und des Verstärkungsmaterials 232 ausrichten.
Ein ringförmiger
Teil 236 eines Gewindeelements 238 ist durch die
Durchgangslöcher
der Wand 70 und des Verstärkungsmaterials 232 geführt worden.
Um die verstärkte
Baugruppe 230 in 7(b) zu
bilden, kann ein Werkzeug verwendet werden, um den ringförmigen Teil 236 des
Gewindeelements 238 radial nach außen zu crimpen, um einen Abstandshalter 246 zu bilden,
gefolgt davon, dass das zweite Element 64 mit dem Verstärkungsmaterial 232 dazwischen
an dem ersten Element 62 angebracht wird. Ein Crimpen des
ringförmigen
Teils 236, um den Abstandshalter 246 zu bilden,
presstpasst das Verstärkungsmaterial 232 und
das erste Element 62 vorzugsweise zwischen den Abstandshalter 246 und
einen radial größeren Teil 250 des
Gewindeelements 238. Um die Bildung der verstärkten Baugruppe 230 zu
vervollständigen,
werden das erste Element 62 und das zweite Element 64 angebracht,
indem, wie dargestellt, das erste Gewindeelement 80 gewindemäßig an dem
Gewindeelement 238 angebracht wird.
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In 8(a)–8(d) wird die Bildung einer noch weiteren
baulich verstärkten
Gruppe 300 dargestellt. In 8(a) wird
ein Verbund 302 mit einem Paar an Gewindeelementen 306,
integriert mit einem Verstärkungsmaterial 310,
dargestellt. Jedes der Gewindeelemente 306 umfasst einen
zentralen rechteckigen Teil 314 mit einem zylindrischen
Teil 316 an einem Ende und einem Abstandshalter 318 an
einem anderen Ende, wobei der Abstandshalter 318 in das
Verstärkungsmaterial 310 integriert
ist. In 8(b) wird das erste Element 62 mit
einem Paar Durchgangslöcher 334 in
seiner zentralen Wand 70 dargestellt, wobei jedes der Durchgangslöcher 334 einen
kreisförmigen
Teil 336 und einen verlängerten
offenen Teil 338 aufweist. Der Verbund 302 wird
an dem ersten Element 62 montiert, indem der zylindrische
Teil 316 der Elemente 306 durch die kreisförmigen Teile 336 der
Durchgangslöcher 334 geführt wird,
gefolgt davon, dass der rechteckige Teil 314 der Elemente 306 in
den verlängerten
offenen Teil 338 aufgenommen wird, wodurch die Elemente 306 und
der Verbund 302 an das Element 62 pressgepasst
werden und die Elemente 306 gegen eine Rotation gesichert
werden. Nachdem der Verbund 302 an dem ersten Element 62 montiert
wurde, kann die verstärkte
Baugruppe 300 dadurch gebildet werden, dass das zweite
Element 64 an dem ersten Element 62 angebracht
wird, indem z. B., wie dargestellt, das erste Gewindeelement 80 gewindemäßig an dem
Gewindeelement 306 befestigt wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Reihe von Vorteilen realisiert, wobei die Fähigkeit
zur Herstellung einer integrierten Säulenstruktur, bereit zur Auslieferung
und Montage in einer Fahrzeugmontageanlage, ohne dass eine Anwendung
von pumpfähigen
Produkten, nasschemischen Produkten und etlichen Werkzeugsätzen erforderlich
ist, wie sie z. B. für
einen anderen Stand der Technik benötigt wird, umfasst ist, aber
nicht darauf beschränkt
wird.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist offenbart worden. Es versteht sich
allerdings für
einen ordentlichen Fachmann, dass bestimmte Modifikationen unter
die Lehren dieser Erfindung fallen. Um den wahren Umfang und Inhalt
der Erfindung zu bestimmen, sollte man sich deshalb mit den folgenden
Ansprüchen
befassen.