DE69800544T2

DE69800544T2 - Laminierte Trennwand

Info

Publication number: DE69800544T2
Application number: DE69800544T
Authority: DE
Inventors: Joseph S. Wycech
Original assignee: Henkel Corp
Current assignee: Henkel Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1998-07-20
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2018-07-21
Also published as: TR199801382A2; FR2766254A1; ATE199354T1; DE29812737U1; ES2157113T3; AT3114U1; IT1305566B1; NL1009642C2; TR199801382A3; AR016354A1; BR9802436A; EP0891918B1; US6237304B1; JPH11170417A; ITTO980623A1; PL327391A1; GB2327386A; GB2327386B; NL1009642A1; FR2766254B1

Description

Die Erfindung betrifft verstärkte Strukturen, ein Verstärkungselement und ein Verfahren zum Verstärken eines Strukturelements.
Insbesondere bei Fahrzeuganwendungen sind Kastenabschnitte so wie Hauptschienen beträchtlichen Spannungskräften ausgesetzt, wo Querelemente an den Schienen verbolzt sind. Wenn zum Beispiel Motorgestelle an den Hauptrahmenschienen verbolzt werden, erzeugen Sie Verbindungsstellen, die im Verlauf der Zeit anfällig für Festigkeitsprengung sind. Außerdem können sich solche Bolzen, die solche Bauteile an richtiger Stelle halten, aufgrund von Vibration an der Verbindungsstelle lockern. Darüber hinaus erzeugen konventionelle Strukturen einen "Lärmweg", der sich von den Fahrzeugrädern und dem Motor durch den Rahmen und in die Fahrerkabine erstreckt.
Wie von den Fachleuten in diesem Gebiet erkannt werden wird, ist es zum Verbolzen eines schweren Bauteils an der Seite eines Schienenabschnitts erforderlich, einen verstärkten Bereich oder eine Stützstruktur an der Befestigungsstelle des Bolzens zu erzeugen. Ein Ansatz, der in dem Gebiet verwendet wird, besteht im Vorsehen einer gestanzten Trennwand, die eine Metallbuchse abstützt. Die Trennwand umfasst allgemein drei Flanschteile, die an den C-Abschnitt der Schiene punktgeschweißt werden. Genauer ausgedrückt, umfasst die gestanzte Trennwand einen Wandteil, der sich von einer Wand des Schienenabschnitts zu der gegenüberliegenden Wand oder Kappe erstreckt. Auf diese Weise bildet die Trennwand eine Unterteilung in dem Kanal oder Hohlraum, der durch die Schiene gebildet wird. Zum Befestigen dieses Wandteils an richtiger Stelle weist die Trennwand drei Oberflächen oder Flansche auf, die senkrecht zu dem Trennwandteil sind; das heißt, die Trennwand stellt im wesentlichen einen flachen rechteckigen Kasten dar, der an einer Seite offen ist. Diese drei Oberflächen kommen mit den Innenflächen der Schiene in Eingriff und werden an die richtige Stelle punktgeschweißt.
Zum Verwenden der Trennwand als eine Stütze für die daran befestigte Querstruktur, ist es vorgesehen, eine Metallbuchse zu positionieren, die an das Trennwandstanzteil punktgeschweißt wird. Dann wird ein Bolzen durch die Buchse geführt und befestigt die Querstruktur an der Schiene in dem durch die Trennwand verstärkten Bereich. Dieser konventionelle Ansatz soll im folgenden ausführlicher dargestellt werden.
Während die konventionelle Trennwandausführung zum Verstärken des Schienenabschnitts an der Befestigungsstelle des Querelements dient, erfordert sie allgemein Buchsen und Stanzteile großen Kalibers und kann tatsächlich unerwünschte Vibration und Lärm verstärken. Außerdem arbeiten der Durchgangsbolzen, die Buchse, das Metallstanzteil und der Schienenabschnitt im wesentlichen wie getrennte Elemente anstatt als eine einheitliche, integrierte Verstärkungsstruktur. Dies führt nicht nur zu der oben genannten Zunahme von Vibration und Lärm, sondern versagt auch beim Bereitstellen vollständiger Verstärkung der Schiene, was zu Metallermüdung an der Verbindungsstelle und insbesondere an Schweißstellen führt.
Der vorliegende Erfinder hat eine Anzahl von Ansätzen für die Verstärkung von hohlen Metallteilen entwickelt, zum Beispiel: einen Verstärkungsträger für eine Fahrzeugtür, der ein offenes kanalförmiges Metallelement mit einer Längsaushöhlung aufweist, welche mit einem duroplastischen oder thermoplastischen auf Harz basierenden Material gefüllt ist; ein hohler Drillstab, der auf Länge geschnitten und mit einem auf Harz basierenden Material gefüllt ist; einen vorgegossenen Verstärkungseinsatz für Strukturelemente, der aus einer Mehrzahl von Kügelchen gebildet wird, welche einen duroplastischen Harz mit einem Treibmittel enthalten, wobei das vorgeformte Element an richtiger Stelle in dem Strukturelement ausgedehnt und ausgehärtet wird; ein Verbundtürträger, der einen auf Harz basierenden Kern aufweist, welcher nicht mehr als ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs besetzt; einen hohlen Laminatträger, der durch ein hohes Verhältnis von Steifheit zu Masse gekennzeichnet ist und einen Außenteil aufweist, der von einem Innenrohr durch eine dünne Schicht aus Strukturschaum getrennt ist; ein I-Träger-Verstärkungselement, das einen vorgeformten Struktureinsatz mit einem externen Schaum aufweist, welcher dann in ein hohles Strukturelement eingesetzt wird; und einen w-förmigen Metallbügel, der als ein Träger für einen ausdehnbaren Harz dient, welcher an richtiger Stelle in einem hohlen Abschnitt geschäumt wird. Der letztere ist in WO96/37400 offenbart, welche ein w- förmiges Verstärkungselement beschreibt, das ein wärmeausdehnbares, auf Harz basierendes Material trägt. Ein Schlitz in dem Verstärkungselement ermöglicht, dass es über einem Stift platziert wird, woraufhin es zum Ausdehnen eines auf Harz basierenden Materials erhitzt wird, welches das Verstärkungselement an richtiger Stelle fixiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verstärkten hohlen Metallstruktur, die eine Buchse und ein Stanzteil in einer Trennwandstruktur in einer Weise enthält, in der die Bestandteile der Trennwand als eine integrierte Einheit mit der verstärkten Struktur zusammenwirken.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verstärkten Metallkastenabschnitts, der dem Abschnitt größere Festigkeit liefert, ohne bedeutsam Vibrations- und Lärmübertragungshöhen zu erhöhen.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verstärkten Rahmenschienenabschnitts bei der Befestigung eines Querelements so wie eines Motorgestells in einer Weise, in der Spannungskräfte über einen Bereich der verstärkten Schiene verteilt werden, anstatt an den getrennten Schweißstellen, und bei der Lärm und Vibration gedämpft werden.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden vollständiger in Übereinstimmung mit der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und den Zeichnungen verstanden werden. In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine verstärkte Struktur. Die verstärkte Struktur umfasst ein hohles Strukturelement und ein darin angeordnetes Verstärkungselement. Das Verstärkungselement umfasst ein Paar gegenüberliegender Wände. Ein Schicht aus wärmeausgedehntem Polymer ist zwischen den gegenüberliegenden Wänden angeordnet und an sie gebunden. Diese Polymerschicht ist auch direkt an das Strukturelement gebunden. Eine Hülse erstreckt sich durch das Polymer parallel zu und zwischen den gegenüberliegenden Wänden. Das Polymer ist an die Hülse gebunden und die Hülse begrenzt einen Durchgang durch das Polymer. Die verstärkte Struktur weist Löcher auf, die mit den Enden der Hülse ausgerichtet sind. Ein Bolzen wird dann zum Befestigen eines Bauteils an dem Strukturelement verwendet. Auf diese Weise wird das hohle Strukturelement bei der vorliegenden Erfindung an dieser Position kraft des Verstärkungselements lokal verstärkt. Das Polymer wird an richtiger Stelle durch Erhitzen der gesamten Struktur nach Montage ausgedehnt, wo es sich zum Füllen von Zwischenräumen zwischen der Verstärkungsstruktur und dem Strukturelement ausdehnt und die Verstärkungsstruktur an das Strukturelement bindet.
In einem anderen Aspekt ist die verstärkte Struktur der vorliegenden Erfindung eine Motorfahrzeugschiene so wie eine Vorderschiene, wo lokale Verstärkung für die Befestigung von Bauteilen so wie einem Motorgestell erforderlich ist. In diesem Aspekt verringert die Erfindung Vibrations- und Lärmübertragung und erhöht die Festigkeit des Teils an der Verstärkungsstelle.
In noch einem anderen Aspekt stellt die Hülse eine dünnwandige Metallbuchse dar, die gegenüberliegenden Wände sind Metallstanzteile mit Flanschen, die an das Strukturelement geschweißt werden, und das Polymer ist ein wärmeausgedehnter Epoxidharz, der hohle Mikrokugeln für Dichteverringerung enthält.
In noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verstärken eines Strukturelements mit einem Längskanal. In diesem Aspekt wird eine laminierte Struktur mit zwei durch eine Schicht aus wärmeausdehnbarem Polymer getrennte gegenüberliegenden Wänden in einem Kanal eines Schienenabschnitts oder dergleichen vorgesehen. Die laminierte Struktur umfasst eine Hülse, die in der Schicht aus wärmeausdehnbarem Polymer angeordnet ist. Die Hülse begrenzt einen Durchgang senkrecht zu den gegenüberliegenden Wänden. Die laminierte Struktur umfasst weiter ein Paar von Endflanschen. Die laminierte Struktur wird derart in dem Längskanal angeordnet, dass der genannte Hülsendurchgang senkrecht zu dem Längskanal ist. Die laminierte Struktur wird dann an den Flanschen an das Strukturelement geschweißt. Die gesamte Struktur wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die wirksam zum Aktivieren des Treibmittels des Polymers ist und dadurch das Polymer so durch Wärme ausdehnt, dass es die laminierte Struktur an das Strukturelement bindet.
Die Erfindung soll weiter nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren weiter beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Explosionsansicht einer konventionellen Trennwand-Verstärkungsstruktur des Standes der Technik ist;
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der Struktur von Fig. 1 ist, bei der die Kappenplatte entfernt ist;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Explosionsansicht des verstärkten Schienenabschnitts der vorliegenden Erfindung ist, die den Aufbau der Verstärkungslaminattrennwand zeigt;
Fig. 4 eine schematische Vorderansicht der in Fig. 3 gezeigten Struktur ist, bei der die Kappenplatte entfernt ist; und
Fig. 5 eine schematische Rückansicht des Trennwandteils der Fig. 3 und 4 ist.
Nun bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, ist ein Vorderschienenabschnitt 20 des Standes der Technik mit einem C-Schnitt 22 gezeigt, der einen Kanal 23 begrenzt und der die Kappenplatte 24 aufnimmt. Das Trennwandstanzteil 26 ist mit einer vertikalen Wand 28 und Flanschen 30 zu sehen. Eine Buchse 32 ist an die Wand 28 an einer gewölbten Biegung 33 in der Wand 28 geschweißt. Die Flansche 30 werden an Abschnitt 22 geschweißt, um die Trennwand 26 an richtiger Stelle zu halten. Ein Bolzen 36 erstreckt sich durch die Kappe 24, die Buchse 32 und die vertikale Wand 37 des Abschnitts 22 und dann durch einen Bauteil 38, der an der Schiene 20 zu befestigen ist. Eine Bolzenmutter 40 wird dann an dem Bolzen 36 befestigt, um den Bauteil 38 an richtiger Stelle zu befestigen. Dies ist repräsentativ für den Stand der Technik und leidet unter den oben beschriebenen Nachteilen, z. B. unzulängliche Verstärkung, unzulängliche Lärmdämpfung und Vibrationsprobleme.
Nun übergehend zu Fig. 3 der Zeichnungen, ist die verstärkte Struktur 50 in einer Ausführungsform als eine verstärkte Vorderschiene eines Fahrzeugrahmens gezeigt und umfasst einen Rahmenschienen-C-Abschnitt 52, der durch eine Kappenplatte 54 derart geschlossen wird, dass der Kanal oder der Hohlraum 56 in der verstärkten Struktur 50 begrenzt wird. Mit anderen Worten, die Rahmenschiene ist hohl. Der C-Abschnitt 52 umfasst vertikale Wandteile 58 und gegenüberliegende Wandteile 60 und 62. Jedes gegenüberliegende Wandteil 60, 62 umfasst einen Flanschteil 64 zur Befestigung der Kappenplatte 54 durch Schweißen oder dergleichen an den Flanschbereichen. Ein Verstärkungselement oder eine Trennwand 68 ist in dem Kanal 56 des C-Abschnitts 52 angeordnet zu sehen und weist eine erste Wand oder Seite 70 und eine zweite Wand oder Seite 72 auf. Die Wände 70 und 72 sind parallel zueinander und sind durch eine Polymerschicht 74 getrennt; das heißt die Polymerschicht 74 ist zwischen den Wänden 70 und 72 angeordnet.
Wie am besten in den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen zu sehen ist, weist jede Wand 70, 72 einen verbundenen gewölbten Teil (76 für die Wand 72 und 78 für die Wand 70) auf, der zum Aufnehmen der Hülse 81 in einer Weise ausgelegt ist, die im folgenden ausführlicher beschrieben werden soll. Jeder gewölbte Teil 76, 78 befindet sich ungefähr auf halbem Weg der Länge jeder Wand 70, 72 und kann als eine gekrümmte Innenfläche gesehen werden. Eine Hülse 81 ist eine Metallbuchse oder dergleichen, und ist, wie am besten in Fig. 4 der Zeichnungen zu sehen ist, an Schweißpunkten 83 und 85 an die Wände 70 und 72 punktgeschweißt. Die Polymerschicht 74 umschließt die Hülse 81 vollkommen, wie in Fig. 4 gezeigt ist.
Die Trennwand 68 wird an richtiger Stelle im Kanal 56 kraft Befestigungsflanschen 80 und 82 befestigt, die sich von den Wänden 70 und 72 bei Winkeln von 90 Grad erstrecken. Das heißt, jede Wand 70, 72 weist an jedem Ende einen gebogenen Teil auf, der mit einem ähnlichen Teil an der gegenüberliegenden Wand zum Bilden eines Befestigungsflanschs 80, 82 ineinander greift, welcher an die Seitenwand 60 bzw. 62 geschweißt ist.
Die Breite der Wände 70 und 72 (Abstand zwischen vertikaler Wand 58 und Kappenplatte 54) ist derart, dass die Trennwand 68 in Kontakt mit der vertikalen Wand 58 und der Kappenplatte 54 ist. Dementsprechend erstreckt sich der Bolzen 84 durch die Kappenplatte 54 an dem Loch 66, durch die Hülse 81 und durch ein entsprechendes Loch in der vertikalen Wand 58 (nicht gezeigt). Der Bolzen 84 erstreckt sich dann durch ein Loch in einem Querelement so wie ein Motorgestell 86, das phantomartig als Fragment 86 gezeigt ist. Die Bolzenmutter 88 wird dann an dem Bolzen 84 befestigt, um das Motorgestell 86 auf der verstärkten Struktur 50 zu befestigen. Die Trennwand 68 ist eine relativ leichte Struktur für das Festigkeitsausmaß, das der Rahmenschiene hinzugefügt wird. Die Wände 70 und 72 können aus dünnen Stahlstanzteilen gebildet sein, zum Beispiel mit einer Dicke von 0,5 bis etwa 2,0 mm (0,02 bis etwa 0,08 Zoll). Weichstahl bis Stahl mittlerer Stärke ist besonders bevorzugt. Weiter kann die Hülse 81, die vorzugsweise eine Metallbuchse darstellt, ein dünnwandiges Rohr mit einer Wanddicke von etwa 0,5 bis etwa 2,0 mm (0,08 bis etwa 0,2 Zoll) sein und besteht vorzugsweise aus Weichstahl. Natürlich sind diese Abmessungen nur illustrativ und sollen den vollständigen Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, nicht begrenzen. Jeder Befestigungsflansch 80, 82 umfasst allgemein von etwa 15 Prozent bis etwa 30 Prozent der Länge der Wände 70, 72. Der Außendurchmesser der Hülse 81 wird typischerweise von etwa 12,7 bis etwa 25,4 mm (1/2 bis etwa 1 Zoll) betragen. Die Breite der Polymerschicht 74 wird eine Funktion des Abstands zwischen den Wänden oder Platten 70 und 72 sein und wird allgemein zwischen etwa 2,5 und 10,0 mm (etwa 0,1 bis etwa 0,4 Zoll) betragen. Es soll verstanden werden, dass die gesamte Tiefe der Trennwand 68 mit der Polymerschicht 74 gefüllt ist; das heißt, wie in Fig. 5 der Zeichnungen gezeigt ist, die Polymerschicht 74 erstreckt sich vom Vorderteil der Trennwand 68 zum Hinterteil derselben.
Das zum Bilden der Polymerschicht 74 verwendete Polymer ist ein auf Harz basierendes Material, das wärmeausdehnbar ist. Ein Reihe von auf Harz basierenden Zusammensetzungen kann zum Bilden der durch Wärme ausgedehnten Schicht 74 der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen verleihen hervorragende Festigkeits- und Steifheitseigenschaften, während sie nur marginal das Gewicht erhöhen. Unter spezieller Bezugnahme nun auf die Zusammensetzung der Schicht 74, sollte die Dichte des Materials zur Minimierung des Gewichts vorzugsweise von etwa 320 kg/m³ (20 Pfund pro Kubikfuß) bis etwa 800 kg/m³ (50 Pfund pro Kubikfuß) sein. Der Schmelzpunkt, die Formbeständigkeitstemperatur und die Temperatur, bei der chemischer Zerfall erfolgt, müssen ausreichend hoch sein, so dass die Schicht 74 ihre Struktur bei hohen Temperaturen behält, die typischerweise in Farböfen und dergleichen erfahren werden. Deshalb sollte die Schicht 74 Temperaturen über 160ºC (320 Grad F) und vorzugsweise 177ºC (350 Grad F) für kurze Zeit standhalten können. Weiter sollte die Schicht 74 Temperaturen von etwa 32ºC (90 Grad F) bis 93ºC (200 Grad F) für längere Zeiträume standhalten können, ohne wesentliche durch Wärme verursachte Verformung oder Verschlechterung zu zeigen.
Der Schaum 74 kann auf eine oder beide Wände 70, 72 aufgebracht werden und dann in engen Kontakt mit beiden Wänden und mit der Hülse 81 ausgedehnt werden. Vorteilhafterweise kann die Wärme von dem Farbofen verwendet werden, um den Schaum 74 auszudehnen, wenn er durch Wärme ausdehnbar ist.
Genauer ausgedrückt, umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der wärmeausdehnbare Strukturschaum für die Schicht 74 einen synthetischen Harz, ein zellenbildendes Mittel und einen Füllstoff. Ein synthetischer Harz weist von etwa 40 Gewichtsprozent bis etwa 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 45 Gewichtsprozent bis etwa 75 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 50 Gewichtsprozent bis etwa 70 Gewichtsprozent der Schicht 74 auf. Am stärksten bevorzugt umfasst ein Teil des Harzes einen flexiblen Epoxidharz. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "zellenbildendes Mittel" allgemein auf Mittel, die Blasen, Poren oder Hohlräume in der Schicht 74 erzeugen. Das heißt, die Schicht 74 hat eine zellulare Struktur mit zahlreichen Zellen, die über ihre Masse verteilt angeordnet sind. Diese zellulare Struktur liefert ein hochfestes Material niedriger Dichte, das eine stabile und dennoch leichte Struktur bereitstellt. Zellenbildende Mittel, die mit der vorliegenden Erfindung vereinbar sind, umfassen verstärkende "hohle" Mikrokugeln oder Mikroblasen, die entweder aus Glas oder Kunststoff gebildet sein können. Weiter kann das zellenbildende Mittel ein Treibmittel umfassen, das entweder ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel sein kann. Glasmikrokugeln sind besonders bevorzugt. Wenn das zellenbildende Mittel Mikrokugeln oder Makrokugeln aufweist, bildet es von etwa 10 Gewichtsprozent bis etwa 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 15 Gewichtsprozent bis etwa 45 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 20 Gewichtsprozent bis etwa 40 Gewichtsprozent des Materials, das die Schicht 74 bildet. Wenn das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweist, bildet es von etwa 0,5 Gewichtsprozent bis etwa 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 4,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 2 Gewichtsprozent der durch Wärme ausgedehnten Strukturschaumschicht 74. Geeignete Füllstoffe umfassen Glas- oder Kunststoffmikrokugeln, Quarzstaub, Kalziumcarbonat, gemahlene Glasfasern und geschnittenes Textilglas. Ein thixotroper Füllstoff ist besonders bevorzugt. Andere Materialien können geeignet sein. Ein Füllstoff weist von etwa 1 Gewichtsprozent bis etwa 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 2 Gewichtsprozent bis etwa 10 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 3 Gewichtsprozent bis etwa 8 Gewichtsprozent der Schicht 74 auf.
Bevorzugte synthetische Harze zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Duroplaste so wie Epoxidharze, Vinylesterharze, duroplastische Polyesterharze und Urethanharze. Es ist nicht beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung durch das Molekulargewicht des Harzes begrenzt wird und geeignete Gewichte werden von den Fachleuten in diesem Gebiet basierend auf der vorliegenden Offenbarung verstanden werden. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füllstoffmaterials ein duroplastischer Harz ist, können verschiedene Beschleuniger, so wie Imidizole und ein Härtungsmittel, vorzugsweise Dicyandiamid zum Verbessern der Aushärtungsrate auch eingeschlossen werden. Eine funktionale Menge eines Beschleunigers stellt typischerweise von etwa 0,5 Prozent bis etwa 2,0 Prozent des Harzgewichtes bei entsprechender Verringerung bei einer der drei Komponenten Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff dar. In ähnlicher Weise beträgt die Menge des verwendeten Härtungsmittels typischerweise von etwa 1 Prozent bis etwa 8 Prozent des Harzgewichtes bei einer entsprechenden Verringerung bei einer der drei Komponenten Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. Wirksame Mengen von Verarbeitungshilfen, Stabilisatoren, Farbstoffen, UV-Absorptionsmitteln und dergleichen können auch in die Schicht eingeschlossen werden. Thermoplastische Kunststoffe können auch geeignet sein.
In der folgenden Tabelle ist eine bevorzugte Formulierung für die Schicht 74 aufgeführt. Es ist festgestellt worden, dass diese Formulierung ein Material liefert, dass sich vollständig bei 160ºC (320 Grad F) ausdehnt und aushärtet, und hervorragende Struktureigenschaften bereitstellt. Alle Prozentangaben in der vorliegenden Offenbarung sind Gewichtsprozent, wenn nicht anders speziell gekennzeichnet.

INHALTSSTOFF GEWICHTSPROZENT

EPON® 828 (Epoxidharz) 37,0
DER 331® (flexibler Epoxidharz) 18,0
DI-CY (Dicyandiamid-Härtungsmittel) 4,0
IMIDIZOL (Beschleuniger) 0,8
QUARZSTAUB (thixotroper Füllstoff) 1,1
CELOGEN®AZ199 (Azodicarbonamid-Treibmittel) 1,2
83 MICROS® (Glasmikrokugeln) 37,0
WINNOFIL® KALZIUMKARBONAT (CaCO&sub3;-Füllstoff) 0,9
Während die Erfindung primär in Zusammenhang mit Fahrzeugteilen beschrieben worden ist, soll verstanden werden, dass die Erfindung als Teil anderer Produkte so wie Flugzeugen, Schiffen, Fahrrädern oder eigentlich allem praktiziert werden kann, das Energie für Bewegung benötigt. In ähnlicher Weise kann die Erfindung mit stationären oder statischen Strukturen so wie Gebäuden verwendet werden, um eine starre Abstützung zu liefern, wenn diese Vibration wie zum Beispiel von einem Erdbeben ausgesetzt werden, oder einfach zum Liefern einer leichten Abstützung für Lasten ausgesetzten Strukturen. Während die Erfindung primär bezüglich wärmeausdehnbaren Schäumen und bezüglich Metallteilen so wie den Innenrohren 16, 58 und 76 beschrieben wurde, können außerdem andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel könnte der Schaum ein geeigneter bekannter ausdehnbarer Schaum sein, der chemisch zur Ausdehnung aktiviert wird und einen starren Strukturschaum bildet. Die Trennwände 70, 70 und die Hülse 81 könnten aus anderen Materialien als Metall hergestellt sein, so wie verschiedenen Kunststoff oder Polymermaterialien oder verschiedenen Fasermaterialien vom Holztyp mit ausreichender Starrheit, um als ein Hintergrund oder Träger für den Schaum zu dienen. Wenn der wärmeausdehnbare Schaum verwendet wird, sollten die Trennwandwände und die Hülse der während der Wärmeaushärtung erfahrenen Hitze standhalten können. Wenn andere Typen von Schaummaterialien verwendet werden, ist es jedoch nicht erforderlich, dass die Trennwandwände und die Hülse hohen Temperaturen standhalten können. Stattdessen besteht die Grundanforderung für die Trennwandwände und Hülse darin, dass sie ausreichende Starrheit zum Arbeiten in ihrer beabsichtigten Weise haben. Es ist zum Beispiel auch möglich, als die Trennwandwände und Hülse Materialien zu verwenden, die bei Aushärtung oder Weiterbehandlung selbst starr werden. Die Erfindung kann auch praktiziert werden, wenn die Trennwandwände und die Hülse aus anderen Materialien als Metall hergestellt sind. Es ist jedoch bevorzugt, dass Materialien so gewählt werden, dass der dünne nichtausgedehnte Schaum bei Ausdehnung eine starke Bindung mit den Trennwandwänden und der Hülse bildet, so dass eine Strukturzusammensetzung resultieren wird.
Während bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung hier beschrieben und gezeigt sind, wird verstanden werden, dass die Erfindung natürlich nicht darauf begrenzt ist, da viele Abwandlungen insbesondere durch die Fachleute in diesem Gebiet im Licht dieser Offenbarung vorgenommen werden können. Es ist deshalb durch die anliegenden Ansprüche beabsichtigt, alle solche Abwandlungen abzudecken, wie sie in den wahren Geist und Umfang dieser Erfindung fallen.

Claims

1. Verstärkte Struktur (50), die ein einen Raum (56) begrenzendes Strukturelement (52); ein Verstärkungselement (68) angeordnet in dem genannten Raum, wobei das genannte Verstärkungselement eine erste (70) und zweite (72) gegenüberliegende Wand aufweist, und eine Schicht aus ausgedehntem Polymer (74) umfaßt, die zwischen der genannten ersten und zweiten gegenüberliegenden Wand angeordnet und an dieselben gebunden ist, wobei das genannte ausgedehnte Polymer auch an das genannte Strukturelement gebunden wird; dadurch gekennzeichnet, daß eine als eine Buchse ausgebildete Hülse (81) sich durch das genannte ausgedehnte Polymer (74) erstreckt, wobei die genannte Hülse (81) zwischen der genannten ersten (70) und zweiten (72) gegenüberliegenden Wand befestigt ist, das genannte ausgedehnte Polymer an die genannte Hülse (81) gebunden wird; und die genannte Hülse einen zur Aufnahme eines Bolzens (84) ausgeführten Durchgang begrenzt.

2. Verstärkte Struktur nach Anspruch 1, die weiter einen Bolzen (84) umfaßt, der sich durch das genannte Strukturelement (52) erstreckt, und der sich durch die genannte Hülse (81) erstreckt.

3. Verstärkte Struktur nach Anspruch 1 oder 2, bei der die genannte verstärkte Struktur ein Fahrzeugschienenabschnitt ist.

4. Verstärkte Struktur nach Anspruch 3, bei der der genannte Fahrzeugschienenabschnitt eine Vorderschiene ist.

5. Verstärkte Struktur nach Anspruch 3 oder 4, bei der der genannte Schienenabschnitt C-förmig mit sich nach außen erstreckenden Flanschen und einer an die genannten Flansche befestigten Kappenplatte ist.

6. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannten gegenüberliegenden Wände (70, 72) an das genannte Strukturelement (52) geschweißt sind.

7. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Hülse (81) an wenigstens eine der genannten ersten und zweiten Wand (70, 72) geschweißt ist.

8. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das genannte verstärkte Strukturelement ein Paar Durchgangslöcher ausgerichtet mit dem genannten Bolzenaufnahmedurchgang der genannten Hülse aufweist.

9. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Schicht aus ausgedehntem Polymer (74) ein Epoxidharz ist.

10. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Hülse im wesentlichen parallel mit der genannten ersten und zweiten gegenüberliegenden Wand ist.

11. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die genannte Schicht aus ausgedehntem Polymer wärmeausgedehnt wird und, angegeben in Gewichtsprozent, aus 40% bis 60% Harz; von 10% bis 50% Mikrokugeln; von 0,5% bis 5% Treibmittel; von 1% bis 15% Füllstoff; von 0,5% bis 2,0% Beschleuniger und von 1% bis 8% Härtungsmittel gebildet wird.

12. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hülse (81) vollständig innerhalb der Wände und des Harzes angebracht und völlig von ihnen umschlossen wird.

13. Verstärktes Strukturelement von Anspruch 5, bei dem die genannte Schiene aus Stahl hergestellt ist, und die genannten Wände, die Flansche aufweisen, an die genannte Stahlschiene geschweißt sind.

14. Verstärktes Strukturelement nach Anspruch 1, bei dem die erste und zweite gegenüberliegende Wand an der Position der genannten Hülse jeweils eine gekrümmte Innenfläche aufweisen.

15. Verstärkte Struktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hülse (81) einen geschlossenen kreisförmigen Querschnitt hat.

16. Verstärkte Struktur nach Anspruch 9, bei der das genannte Epoxidharz wärmeausgedehnt wird und weiter Mikrokugeln enthält, die die Dichte des genannten Epoxidharzes verringern.

17. Verfahren zum Verstärken eines Strukturelements (52) mit einem durch dasselbe gebildeten Längskanal (56), das die Schritte aufweist: ein Strukturelement vorzusehen, das einen Längskanal begrenzt; eine laminierte Struktur (68) mit zwei durch eine Schicht aus ausdehnbarem Polymer getrennten gegenüberliegenden Wänden (70, 72) vorzusehen; wobei die genannte laminierte Struktur eine als eine Buchse ausgebildete Hülse (81) umfaßt, die in der genannten Schicht aus ausdehnbarem Polymer befestigt ist, wobei die genannte Hülse (81) einen Durchgang begrenzt, der zum Aufnehmen eines Bolzens zwischen den genannten gegenüberliegenden Wänden (70, 72) ausgeführt ist; die genannte laminierte Struktur in dem genannten Längskanal (56) so anzuordnen, daß der genannte Hülsendurchgang im wesentlichen senkrecht zu dem genannten Längskanal (56) ist; die genannte laminierte Struktur an dem genannten Strukturelement (52) zu befestigen, und das genannte Polymer zum Ausdehnen in engen Kontakt mit den genannten Wänden (70, 72) und der genannten Hülse (81) zu aktivieren.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Polymer wärmeausdehnbar ist, wobei das genannte Strukturelement (52) auf eine Temperatur erhitzt wird, die zum Wärmeausdehnen der genannten Schicht aus wärmeausdehnbarem Polymer ausreicht, so daß das genannte Polymer die genannte laminierte Struktur an das genannte Strukturelement bindet.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das genannte Strukturelement eine Fahrzeugschiene ist.

20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das genannte Epoxidharz weiter Mikrokugeln enthält, die die Dichte des genannten Epoxidharzes verringern.

21. Verstärkungselement (68), das eine erste (70) und zweite (72) gegenüberliegende Wand und eine Hülse aufweist, die einen zum Aufnehmen eines Bolzens (81) ausgeführten Durchgang begrenzt, der zwischen der genannten ersten (70) und zweiten (72) Wand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Hülse als eine Buchse ausgebildet ist und ein ausdehnbares Polymer innerhalb des genannten Verstärkungselements (68) angeordnet ist, so daß es zum Binden an die genannte erste (70) und zweite (72) gegenüberliegende Wand und die genannte Hülse (81) ausgedehnt werden kann.