DE69804274T2

DE69804274T2 - Verfahren zur Verstärkung von Konstruktionselementen

Info

Publication number: DE69804274T2
Application number: DE69804274T
Authority: DE
Inventors: Joseph S. Wycech
Original assignee: Henkel Corp
Current assignee: Henkel Corp
Priority date: 1997-07-21
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: AR013239A1; ES2174394T3; GB2327388B; IT1305567B1; ATE214674T1; FR2762894A1; DE69804274D1; GB2327388A; NL1009643C2; AU743431B2; PL327390A1; GB9815900D0; EP0893332B1; JPH11165355A; KR19990013560A; BR9802437A; US6233826B1; FR2762894B1; EP0893332A1; NL1009643A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Verstärkung hohler Strukturelemente und befasst sich genauer ausgedrückt mit Verstärkung von Strukturen, die eingeschlossene Bereiche aufweisen, welche spezielle Zugangsprobleme bergen.
In den letzten Jahren hat eine Reihe von Faktoren grundlegende Änderungen in dem Ansatz zu Kraftfahrzeugstrukturdesign erforderlich gemacht. Diese umfassen die Notwendigkeit, ständig zunehmende Aufprallwiderstands- und Kraftstoffwirtschaftlichkeitsstandards zu erfüllen, und die Notwendigkeit, ein Fahrzeug mit wettbewerbsfähigem Preis auf dem Weltmarkt herzustellen. Manchmal stehen diese Anforderungen scheinbar im Gegensatz zueinander. Zum Beispiel kann Aufprallwiderstand in den meisten Fällen einfach durch Vergrößern der Stahldicke oder durch die Verwendung hochfester Stahle erreicht werden. Diese Ansätze erhöhen jedoch allgemein das Fahrzeuggewicht und/oder seine Kosten. Obwohl leichte Harze zur Verfügung stehen, die zum Füllen vollständiger hohler Hohlräume von Strukturelementen zum Liefern größerer Stabilität verwendet werden können, sind diese Materialien teuer und folglich erhöht ihre Verwendung in großen Mengen unerwünscht die Fahrzeugkosten.
Der vorliegende Erfinder hat den Weg für einen neuen Ansatz zu Strukturteilverstärkung durch lokalisierte Verstärkung kritischer Bereiche unter Verwendung von mit Mikrokügelchen gefüllten wärmeausdehnbaren Harzen geebnet, so wie: einen Verbundtürträger, der einen auf Harz basierenden Kern aufweist, welcher nicht mehr als ein Drittel der Bohrung eines Metallrohrs besetzt; ein hohler Schichtstoffträger gekennzeichnet durch ein hohes Verhältnis von Steifheit zu Masse und mit einem äußeren Teil, der durch eine dünne Schicht aus Strukturschaumstoff von einem inneren Rohr getrennt ist, eine W-förmige Trägereinsatzverstärkung, die einen Schaumstoffkörper zur Verwendung beim Verstärken eines hohlen Trägers trägt; eine Zwischenwand, die einen wärmeausdehnbaren Schaum zum Liefern lokalisierter Verstärkung einer Schiene für die Befestigung eines Motorgestells oder dergleichen nutzt.
Obwohl diese Techniken für eine Reihe von Anwendungen gut geeignet sind, besteht ein Bedarf an lokalisierter Verstärkung von Bereichen mit speziellen Zugangsproblemen. Genauer ausgedrückt, weist das Element bei einer Anzahl hohler Strukturteile einen eingeschlossenen Bereich oder Raum auf, der in gewissem Abstand von der Öffnung des Raums angeordnet ist und aufgrund einer Krümmung oder Biegung in dem Element schwer zu erreichen ist. In manchen Fällen weisen das Element und der von ihm begrenzte Kanal eine ungleichmäßige Geometrie auf, die Zugang zu einem bestimmten inneren Bereich schwierig macht. Natürlich kann es in manchen Fällen möglich sein, die gesamte Struktur einfach mit einem flüssigen Harz zu füllen, das dann ausgehärtet wird, aber, wie oben ausgeführt, kann dieser Ansatz unerlaubt teuer in einer Anzahl von Anwendungen sein.
JP 01069309 beschreibt ein Verfahren zum Einführen eines Treibmittels in ein poröses Verstärkungsstrukturelement, das in einem eingeschlossenen Abschnitt angeordnet ist. Ein Loch wird in den Körper gebohrt und ein Schaumerzeuger wird hineingegossen. Der Gegenstand dieses Dokuments bildet die Grundlage für die Präambel von Anspruch 28.
WO93/05103 offenbart die Verstärkung eines hohlen Elements durch Einführung eines Schaumvorproduktmittels in das Element und anschließende Erhitzung der Struktur. Eine Wärmesenke, die aus einer Länge aus Stahlrohr mit leichtem Kaliber gebildet wird und eine flüssige Schaumvorproduktmischung in einer Umhüllung trägt, wird in einer feststehenden Position innerhalb des hohlen Elements angeordnet. Dieses Dokument offenbart ein Strukturverstärkungselement gemäß der Präambel der Ansprüche 1 und 20.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem alternativen Verfahren zum Schaffen lokalisierter Verstärkung solcher Teile. Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für dieses Problem bereit.
Einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Strukturverstärkungselement geschaffen, das ein flexibles Element aufweist, welches sich bei Ausüben von Druck derart verbiegt, dass es in einen hohlen Strukturteil mit einem Hohlraum nichtgerader linearer Geometrie eingeführt und durch wenigstens eine Krümmung hindurchgehen kann, und welches eine größere Länge als seinen Durchmesser oder seine Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil einer Außenfläche der genannten Länge des genannten flexiblen Elements mit einer Schicht oder einem Überzug aus einem ausdehnbaren Harz bedeckt ist, das sich mit dem flexiblen Element bei Ausüben von Druck auf das flexible Element verbiegen wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einführen einer lokalisierten Harzverstärkung in einen Strukturteil zu schaffen, wo sich der zu verstärkende Bereich jenseits einer Krümmung in einem Kanal befindet.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Zentralisieren einer Harzverstärkung in einem hohlen Strukturteil in einem Bereich zu schaffen, der schwer zugänglich ist.
Einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils geschaffen, der einen Hohlraum nichtgerader linearer Geometrie und wenigstens eine Krümmung mit Verstärkung an der genannten Krümmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:
Einführen eines flexiblen Elements in den Hohlraum des genannten hohlen Strukturteils,
Biegen und Führen des flexiblen Elements durch den Hohlraum, bis das ausdehnbare Harz an der Krümmung angeordnet ist; und
Ausdehnen des ausdehnbaren Harzes derart, dass das ausdehnbare Harz an den genannten hohlen Strukturteil an der Krümmung gebunden wird.
In einer Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Verstärken eines Teils in einem lokalisierten Bereich. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Vorsehen eines flexiblen Elements mit einer Länge, die wesentlich größer als seine Breite ist; Überziehen wenigstens eines Teils des flexiblen Elements mit einem wärmeausdehnbaren Harz; und Einführen des flexiblen Elements in den Hohlraum eines hohlen Strukturteils. Der Einführungsschritt umfasst den Schritt, das flexible Element zum Aufnehmen der Geometrie des Teilhohlraums zu biegen. Das Harz wird dann derart wärmeausgedehnt, dass das Harz an den Strukturteil gebunden wird. Auf diese Weise kann lokale Verstärkung für eine jegliche Anzahl von Teilen erreicht werden, deren innere Geometrie Verstärkung unter Verwendung konventioneller Techniken schwierig oder unmöglich machen würde.
Einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zufolge wird ein verstärkter hohler starrer Strukturteil mit einem länglichen Hohlraum nichtgerader linearer Geometrie und wenigstens einer Krümmung geschaffen, wobei der genannte hohle Strukturteil an der genannten Krümmung durch ein ausgedehntes Harz verstärkt wird, das ein in engem Kontakt mit dem genannten hohlen Strukturteil an der Krümmung ausgedehnter und an denselben gebundener Strukturschaum ist, wobei der genannte verstärkte hohle Strukturteil dadurch gekennzeichnet, dass ein flexibles Element der Länge nach durch den Hohlraum des genannten hohlen Strukturteils und des ausgedehnten Harzes an der Krümmung verläuft.
In einer Ausführungsform ist das flexible Element ein Rohr, um das das Harz als eine Schicht oder ein Überzug aufgebracht wird. Das harzbeschichtete Rohr wird dann in den Strukturteil eingeführt und wird bei Ausüben von Druck derart gebogen, dass es in den Teilhohlraum eingeführt werden kann, d. h. es entspricht der gewünschten Form, wenn es in den Teil eingeführt wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Harz ein Treibmittel und Glasmikrokügelchen. Nachdem sich das flexible Element an richtiger Stelle in dem Teil befindet, wird der Teil, zum Beispiel nach Installierung in einem Kraftfahrzeug, auf eine Temperatur erhitzt, die zum Aktivieren des Treibmittels und Wärmeausdehnen des Harzes ausreicht. Wenn sich das Harz ausdehnt, bindet es sich an die Innenwände des die Struktur vom Rohr in Rohr -Typ bildenden Teils mit hohen Stabilitätseigenschaften.
In einer Ausführungsform umfasst das wärmeausgedehnte Harz in Gewichtsteilen von etwa 40% bis etwa 80% Harz, von etwa 10% bis etwa 50% Mikrokügelchen, von etwa 0,5% bis etwa 5% Treibmittel, von etwa 1% bis etwa 15% Füllstoff, von etwa 0,5% bis etwa 2% Beschleuniger und von etwa 1% bis etwa 8% Härtungsmittel.
In noch einer anderen Ausführungsform umfasst das flexible Element ein oder mehrere Abstandsstücke, die es von den Innenwänden des Strukturteils beabstanden.
Diese und andere Aspekte, Merkmale und Aufgaben der Erfindung sollen in der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt ein Harzträgerrohr, das im Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, die die Position des nichtausgedehnten Harzes auf dem Harzträgerrohr zeigt.
Fig. 3 zeigt ein anderes Harzträgerrohr mit einem Überzug aus nichtausgedehntem Harz.
Fig. 4 zeigt ein gekrümmtes Strukturelement im Querschnitt zum Zeigen des Harzträgerrohrs in Position vor Ausdehnung des Harzes.
Fig. 5 zeigt das gekrümmte Strukturelement von Fig. 4 im Querschnitt, wobei das eine innere Verstärkung bildende ausgedehnte Harz gezeigt ist.
Fig. 6 ist eine Vorderansicht eines Harzträgerrohrs mit radialen Abstandsstücken zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Endansicht des Trägerrohrs von Fig. 6 in der Richtung des Pfeils 7-7.
Fig. 8 zeigt ein gekrümmtes Strukturelement im Querschnitt, wobei das nichtausgedehnte Harz und die Platzierung der Abstandsstücke gezeigt ist.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 der Zeichnungen, ist ein flexibles Element oder Rohr 20 gezeigt, das als ein Träger für eine nichtausgedehnte Harzummantelung 22 dient. Das flexible Element 20 ist am stärksten bevorzugt ein hohles Rohr ähnlich demjenigen, das als eine Leitung für elektrische Verdrahtung 23 verwendet wird. Verschiedene flexible Leitungen werden den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt sein. Eine besonders bevorzugte flexible Leitung ist ein spiralförmiges Metallrohr, das ohne Metallverformung aufgrund seines spiralförmigen Aufbaus gebogen werden kann. Natürlich muss es nicht erforderlich sein, dass das Rohr 20 einen runden Querschnitt aufweist und andere Konfigurationen so wie quadratisch oder oval können geeignet sein. Wenn das flexible Element 20 ein hohles Metallrohr ist, wird es typischerweise aus Aluminium gebildet sein und wird vorzugsweise eine Wanddicke von etwa 0,5 bis 1,2 mm aufweisen. Der Durchmesser des Rohrs 20 wird abhängig von der Anwendung variieren, er wird jedoch typischerweise von etwa 8 bis etwa 40 mm betragen und wird typischerweise eine Länge von etwa 50 bis etwa 800 und vorzugsweise 200 mm in den meisten Kraftfahrzeuganwendungen aufweisen. In manchen Anwendungen wird das Rohr 20 über seine elastische Grenze hinaus während Platzierung in der zu verstärkenden Struktur verformt werden. Außerdem kann in einigen Anwendungen ein elastischeres Rohr oder ein elastischerer Stab verwendet werden, das/der im Wesentlichen in dem Strukturhohlraum in Position federgespannt ist. Obwohl das hohle Rohr 20 am stärksten bevorzugt ist, insbesondere, da es eine leichte Struktur schafft, können auch massive Stäbe verwendet werden. Es kann in manchen Anwendungen erwünscht sein, Kunststoffstäbe oder -rohre anstelle von Metall als das Rohr 20 zu verwenden.
Die Länge des Rohrs 20 ist eine Funktion des Abstands von der Hohlraumöffnung zu der zu verstärkenden Stelle. Die Länge des Rohrs 20 ist größer als sein Durchmesser oder seine Breite und in vielen Anwendungen wird das Rohr 20 vorzugsweise wenigstens 5 Mal oder kann 20 Mal und mehr als 100 Mal länger als sein Durchmesser im Querschnitt sein. In vielen Anwendungen wird das Rohr 20 eine Länge von etwa 50 bis etwa 200 mm aufweisen. Ferner kann es in einigen Anwendungen erwünscht sein, im wesentlichen das gesamte Rohr 20a, gezeigt als eine spiralförmige Leitung in Fig. 3, mit einer Harzummantelung 22a zu überziehen.
Die Harzummantelung 22 wird in den meisten Anwendungen eine Schicht sein, die sich um die gesamte Außenfläche des Rohrs 20 erstreckt und gewöhnlich eine relativ einheitliche Dicke haben wird, zum Beispiel von etwa 2 bis etwa 6 mm im nichtausgedehnten Zustand. Die Harzummantelung 22 kann durch Stanzen einer Harzbahn auf die erforderliche Geometrie und Wickeln der vorgeschnittenen Bahn um das Rohr 20 erzeugt werden. Alternativ kann der Überzug auf den Träger gegossen werden, obwohl es möglich sein kann, andere Formen von Überzug so wie Sprühen oder dergleichen zu verwenden.
Das zum Bilden der Harzummantelung 22 verwendete Polymer ist ein auf Harz basierendes Material, das vorzugsweise wärmeausdehnbar ist. Eine Anzahl von auf Harz basierenden Zusammensetzungen kann zum Bilden der Harzummantelung 22 in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die bevorzugten Zusammensetzungen verleihen hervorragende Stabilitäts- und Steifheitsmerkmale, während sie nur marginal das Gewicht erhöhen. Unter spezieller Bezugnahme nun auf die Zusammensetzung der Ummantelung 22 sollte die Dichte des Materials zum Minimieren des Gewichts vorzugsweise von etwa 0,32 g cm³ (20 Pfund pro Kubikfuß) bis etwa 0,80 g cm³ (50 Pfund pro Kubikfuß) betragen. Der Schmelzpunkt, die Formbeständigkeitstemperatur und die Temperatur, bei der chemischer Zusammenbruch erfolgt, müssen auch ausreichend hoch sein, so dass die Ummantelung 22 ihre Struktur bei hohen Temperaturen behält, die typischerweise in Farböfen und dergleichen vorherrschen. Deshalb sollte die Ummantelung 22 für kurze Zeitspannen Temperaturen über 160ºC (320ºF) und vorzugsweise 176ºC (350 Grad F) standhalten können. Ferner sollte die Ummantelung 22 Wärmen von etwa 32ºC (90 Grad F) bis 93ºC (200 Grad F) für ausgedehnte Zeitspannen standhalten können, ohne wesentliche durch Wärme verursachte Verzerrung oder Verschlechterung zu zeigen.
Genauer ausgedrückt, umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der wärmeausgedehnte Strukturschaum der Ummantelung 22 ein synthetisches Harz, ein zellbildendes Mittel und einen Füllstoff. Ein synthetisches Harz weist von etwa 40 bis etwa 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 45 bis etwa 75 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 50 bis etwa 70 Gewichtsprozent der Ummantelung 22 auf. Am stärksten bevorzugt umfasst ein Teil des Harzes ein flexibles Epoxidharz. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck "zellenbildendes Mittel" allgemein auf Mittel, die Blasen, Poren, oder Hohlräume in der Ummantelung 22 erzeugen. Das heißt, die Ummantelung 22 weist eine zellenartige Struktur mit zahlreichen Zellen angeordnet über ihre Masse auf. Diese zellenartige Struktur schafft ein hochstabiles Material niedriger Dichte, das eine stabile, aber dennoch leichte Struktur liefert. Zellenbildende Mittel, die mit der vorliegenden Erfindung vereinbar sind, umfassen verstärkende "hohle" Mikrokügelchen oder Mikrobläschen, die entweder aus Glas oder Kunststoff gebildet werden können. Glasmikrokügelchen sind besonders bevorzugt. Ferner kann das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweisen, das entweder ein chemisches Treibmittel oder ein physikalisches Treibmittel darstellen kann. Wenn das zellenbildende Mittel Mikrokügelchen oder Makrokügelchen aufweist, bildet es von etwa 10 bis etwa 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1 5 bis etwa 45 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt von 20 bis etwa 40 Gewichtsprozent des Materials, das die Ummantelung 22 bildet. Wenn das zellenbildende Mittel ein Treibmittel aufweist, bildet es von etwa 0,5 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 4,0 Gewichtsprozent, und am stärksten bevorzugt von etwa 1 bis etwa 2 Gewichtsprozent der Ummantelung 22. Geeignete Füllstoffe umfassen Glas- oder Kunststoffmikrokügelchen, aus Verbrennungsrauch gewonnenes Kieselpulver, Kalziumcarbonat, gemahlene Glasfaser und geschnittenes Textilglas. Ein thixotroper Füllstoff ist besonders bevorzugt. Andere Materialien können geeignet sein. Ein Füllstoff umfasst von etwa 1 bis etwa 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise von etwa 2 bis etwa 10 Gewichtsprozent und am stärksten bevorzugt von etwa 3 bis etwa 8 Gewichtsprozent der Ummantelung 22.
Bevorzugte synthetische Harze zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen Duroplasten 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 den Fachleuten in diesem Gebiet basierend auf der vorliegenden Offenbarung klar sein. Wenn die Harzkomponente des flüssigen Füllstoffmaterials ein duroplastisches Harz ist, können verschiedene Beschleuniger, so wie Imidizole und Härtungsmittel, vorzugsweise Dicyandiamid, auch zum Verbessern der Aushärtungsgeschwindigkeit eingeschlossen werden. Eine funktionale Menge eines Beschleunigers beträgt typischerweise von etwa 0,5 Prozent bis etwa 2,0 Prozent des Harzgewichts bei entsprechender Verringerung in einer der drei Komponenten Harz, zellenbildendes Mittel oder Füllstoff. In ähnlicher Weise beträgt die Menge von verwendetem Härtungsmittel typischerweise von etwa 1 Prozent bis etwa 8 Prozent des Harzgewichts bei einer entsprechenden Verringerung in 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. Thermoplasten können auch geeignet sein.
In der folgenden Tabelle ist eine bevorzugte Formulierung für die Ummantelung 22 ausgeführt. Es ist festgestellt worden, dass diese Formulierung ein Material schafft, das sich bei etwa 160ºC (320 Grad F) vollständig ausdehnt und aushärtet und hervorragende Struktureigenschaften bereitstellt. Alle Prozentangaben in der vorliegenden Offenbarung sind Gewichtsprozent, wenn nicht speziell anders angegeben.

INHALTSSTOFF GEWICHTSPROZENT

EPON 828 (Epoxidharz) 37,0
DER 331 (flexibles Epoxidharz) 18,0
DI-CY (Dicyandiamid-Härtungsmittel) 4,0
IMIDIZOL (Beschleuniger) 0,8
AUS VERBRENNUNGSRAUCH GEWONNENES KIESELPULVER (thixotroper Füllstoff) 1,1
CELOGEN (RTM) AZ199 (Azodicarbonamid-Treibmittel) 1,2
B38 MICROS (Glasmikrokügelchen) 37,0
WINNOFIL (RTM) KALZIUMCARBONAT (CaCO&sub3; Füllstoff) 0,9
Nun bezugnehmend auf Fig. 4 der Zeichnungen, ist der Strukturteil 24 im Querschnitt zu sehen und begrenzt einen Hohlraum 26. Nur zu Darstellungszwecken ist der Strukturteil 24 hier als ein Teil einer Kraftfahrzeugrollschiene gezeigt. Andere bevorzugte Anwendungen sind zur Verwendung beim Verstärken oberer A- Pfeilerverbindungen und Sitzrahmen bestimmt. Der Strukturteil 24 weist einen gewölbten oder gekrümmten Teil 28 auf, der einen gewölbten Teil 30 des Hohlraums 26 bildet. Hohlräume ähnlich dem Hohlraum 26, d. h. diejenigen, die schwer zugänglich sind, stellen den Schwerpunkt der vorliegenden Erfindung dar. Das flexible Rohr 20 ist in Position in dem Hohlraum 26 vor Wärmeausdehnung des Harzes gezeigt. Das Rohr 20 wird gebogen, um der Form des Hohlraums 26 zu entsprechen. Dieser Formgebungsvorgang wird vorzugsweise vor Ort durchgeführt. Mit anderen Worten, das flexible Rohr 20 mit der an einer vorgewählten Stelle in bezug zu den Enden des Rohrs 20 positionierten Harzummantelung 22 wird in den Hohlraum 26 eingeführt. Wenn Kraft auf das Rohr 20 ausgeübt wird, bewegt es sich weiter durch den Durchgang. Wenn es Widerstand von den Innenwänden 32 erfährt, biegt sich das flexible Rohr 20, wodurch es sich seinen Weg durch den Hohlraum 26 "schlängelt", einschließlich über den gewölbten Teil 30 hinaus. Alternativ kann es in manchen Anwendungen möglich sein, das Rohr 20 vor Einführung desselben in den Hohlraum 26 auf eine entsprechende Geometrie zu biegen. Das flexible Rohr 20 wird eine Strecke eingeführt, die zum Bringen der Harzummantelung 22 in Position an dem gewölbten Teil 28 ausreicht. Wenn in richtiger Position, wird das äußere Ende 34 des Rohrs 20 in bezug zu dem Rohr 20 mit einer Klammer (nicht gezeigt) in Position eingespannt oder auf andere Weise in richtiger Position fixiert, wenn erforderlich.
Der Hohlraum 26 weist eine nichtgerade lineare Geometrie auf, die komplizierter sein könnte, als nur, wie in Fig. 4 gezeigt, einfach eine Krümmung mit ihrem gewölbten Teil aufzuweisen. Wenn mehrere Krümmungen oder Unregelmäßigkeiten vorliegen, könnte eine Harzummantelung 22 für einige oder alle dieser Unregelmäßigkeiten vorgesehen werden, dies könnte durch Vorsehen einzelner verteilter Harzabschnitte oder durch Vorsehen eines oder mehrerer durchgehender Harzabschnitte erfolgen, die an zwei oder mehr Krümmungen angeordnet sind.
Nun bezugnehmend auf Fig. 5 der Zeichnungen, ist der Harz 22 in dem ausgedehnten Zustand gezeigt. Das heißt, nachdem sich das Rohr 20 und das Harz 22 in richtiger Position in dem Strukturteil 24 befinden, wird das Harz durch Erhitzen der gesamten Baugruppe auf eine Temperatur ausgedehnt, die das Treibmittel zum Ausdehnen und Aushärten der Harzummantelung 22 aktiviert. In Fahrzeuganwendungen wird dies typischerweise erreicht, wenn sich das Fahrzeug durch den Farbofen bewegt. Das Harz 22 dehnt sich auf ein Mehrfaches seines Ausgangsvolumens aus, vorzugsweise auf mindestens das Doppelte seines Ausgangsvolumens. Das ausgedehnte Harz berührt die umschließenden Wände 32 des Strukturteils 24 und bindet sich fest an dieselben. Es härtet ferner zum Bilden einer starren Verstärkung im Teil 24 aus. Auf diese Weise wird eine minimale Harzmenge an der genauen Stelle verwendet, wo Verstärkung erforderlich ist.
Nun bezugnehmend auf die Fig. 6 und 7 der Zeichnungen, ist das Rohr 20 mit einer radikalen Abstandsbaugruppe 36 versehen, die Beine 38, typischer in einer Anzahl von zwei bis vier aufweist. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, erfüllt die Abstandsbaugruppe 36 die Funktion, das Rohr 20 allgemein in dem Strukturteil 24 zu zentrieren. Es kann bevorzugt sein, die Beine 38 etwas elastisch auszulegen, d. h. es kann erwünscht sein, Biegung der Beine 38 nach innen zuzulassen, wenn das Rohr 20 in den Hohlraum 26 eingeführt wird.
Während die Erfindung primär in Verbindung mit Kraftfahrzeug- oder Fahrzeugteilen beschrieben wurde, soll verstanden werden, dass die Erfindung als Teil anderer Produkte, so wie Flugzeuge, Schiffe, Fahrräder oder praktisch allem in die Praxis umgesetzt werden kann, das Energie für Bewegung benötigt. In ähnlicher Weise kann die Erfindung mit stationären oder statischen Strukturen, so wie Gebäuden verwendet werden, um einen starren Träger zu schaffen, wenn es zum Beispiel Schwingungen so wie von einem Erdbeben ausgesetzt wird, um einfach einen leichten Träger für Lasten ausgesetzte Strukturen zu schaffen. Außerdem, während die Erfindung primär in bezug zu wärmeausdehnbaren Schäumen und in bezug zu Metallteilen so wie dem Strukturteil und dem flexiblen Element beschrieben wurde, können andere Materialien verwendet werden. Zum Beispiel könnte der Schaum ein jeglicher geeigneter, bekannter ausdehnbarer Schaum sein, der chemisch zur Ausdehnung aktiviert wird und einen starren Strukturschaum bildet. Das flexible Element könnte aus anderen Materialien als Metall, so wie verschiedenen Kunststoffen oder Polymermaterialien oder verschiedenen holzartigen Fasermaterialien mit ausreichender Starrheit erzeugt werden, um als ein Untergrund oder Träger für den Schaum zu wirken. Wenn ein wärmeausdehnbarer Schaum verwendet wird, sollte das flexible Element der während der Wärmeaushärtung erfahrenen Wärme standhalten können. Wenn andere Typen von Schaummaterialien verwendet werden, ist es jedoch nicht erforderlich, dass das flexible Element hohen Temperaturen standhalten kann. Stattdessen ist die Grundanforderung für das flexible Element, dass es ausreichende Starrheit zum Wirken in seiner vorgesehenen Weise aufweist. Es ist zum Beispiel auch möglich, Materialien als das flexible Element zu verwenden, die selbst bei Aushärtung oder Weiterbehandlung starr werden. Die Erfindung kann auch praktiziert werden, wenn das Strukturteil aus anderen Materialien als Metall hergestellt ist. Es ist jedoch bevorzugt, dass Materialien sowohl für den Strukturteil und das flexible Element als auch den Schaum so ausgewählt werden, dass der dünne nichtausgedehnte Schaum bei Ausdehnung eine starke Bindung mit dem Strukturteil und flexiblen Element bildet, so dass ein Strukturverbund resultieren wird.
Während besondere Ausführungsformen dieser Erfindung hier gezeigt und beschrieben sind, wird natürlich verstanden werden, dass die Erfindung nicht darauf begrenzt ist, da viele Abwandlungen, insbesondere durch die Fachleute in diesem Bereich, im Lichte dieser Offenbarung vorgenommen werden können. Es ist daher vorgesehen, durch die anliegenden Ansprüche alle solche Abwandlungen abzudecken, die in den Umfang dieser Erfindung fallen.

Claims

1. Strukturverstärkungselement, das ein flexibles Element (20) aufweist, welches sich bei Ausüben von Druck derart verbiegt, dass es in einen hohlen Strukturteil (24) mit einem Hohlraum (26) nichtgerader linearer Geometrie eingeführt und durch wenigstens eine Krümmung (28) hindurchgehen kann, und welches eine größere Länge als seinen Durchmesser oder seine Breite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil einer Außenfläche der genannten Länge des genannten flexiblen Elementes (20) mit einer Schicht oder einem Überzug aus einem ausdehnbaren Harz (22) bedeckt ist, das sich mit dem flexiblen Element bei Ausüben von Druck auf das flexible Element verbiegen wird.

2. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 1, bei dem die Länge des flexiblen Elements (20) wenigstens das fünffache seines Durchmessers oder seiner Breite beträgt.

3. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 1 oder 2, das weiter eine Abstandsbaugruppe (36) zum allgemeinen Zentrieren des flexiblen Elements (20) in dem Strukturteil (24) aufweist.

4. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das flexible Element (20) hohl ist.

5. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem das genannte flexible Element (20) einen spiralförmigen Aufbau hat.

6. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das flexible Element (20) massiv ist.

7. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der ausdehnbare Harz (22) wärmeausdehnbar ist und hohle Mikrokügelchen enthält.

8. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Durchmesser des flexiblen Elements (20) von 8 bis 40 mm und seine Länge von 50 bis 200 mm beträgt.

9. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht (22) wenigstens einen Teil des flexiblen Elements umschließt und einkapselt.

10. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schicht (22) eine einheitliche Dicke von 2 bis 8 mm aufweist.

11. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 4, das eine Wanddicke von 0,5 bis 1,2 mm aufweist.

12. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das flexible Element (20) aus Metall gebildet ist.

13. Strukturverstärkungselement nach Anspruch 12, bei dem das Metall Aluminium darstellt.

14. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das im wesentlichen durch das ausdehnbare Harz (22) bedeckt ist.

15. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das ausdehnbare Harz (22) wärmeausdehnbar ist und in Gewichtsteilen von 40% bis 80% Harz, von 10% bis 50% Mikrokügelchen, von 0,5% bis 5% Treibmittel, von 1% bis 15% Füllmaterial, von 0,5% bis 2% Beschleuniger und von 1% bis 8% Härtungsmittel umfasst.

16. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Harz (22) wärmeausdehnbar ist und in Gewichtsteilen 55% Epoxidharz, 4% Dicyandiamid-Härtungsmittel, 0,8% Imidizol-Beschleuniger, 1, 1% Kieselpuder, 1, 2% Azodicarbonamid-Treibmittel, 37% Glasmikrokügelchen und 0,9% Kalziumcarbonat- Füllmaterial umfasst.

17. Strukturverstärkungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 bis 16, bei dem das flexible Element (20) ein hohles Rohr mit sich darin der Länge nach erstreckender Verdrahtung darstellt.

18. Strukturverstärkungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das ausdehnbare Harz (22) eine ausgestanzte Folie darstellt, die um das flexible Element gewickelt wird, oder ein auf das flexible Element (20) gegossener Überzug ist.

19. Strukturverstärkungselement nach einem der Ansprüchel bis 18, in dem das ausdehnbare Harz (22) einer Temperatur von etwa 32ºC bis 93ºC für ausgedehnte Zeitspannen standhalten kann, ohne im wesentlichen durch Wärme verursachte Verzerrung oder Verschlechterung zu zeigen.

20. Verfahren zum Verstärkern eines hohlen Strukturteils (24), der einen Hohlraum (26) nichtgerader linearer Geometrie und wenigstens eine Krümmung (28) mit Verstärkung (22) an der genannten Krümmung (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:

Einführen eines Strukturverstärkungselements (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 19 in den Hohlraum (26) des genannten hohlen Strukturteils (24),

Biegen und Führen des Strukturverstärkungselements (20) durch den Hohlraum (26), bis das ausdehnbare Harz (12) an der Krümmung (28) angeordnet ist; und

Ausdehnen des ausdehnbaren Harzes derart, dass das ausdehnbare Harz an den genannten hohlen Strukturteil (24) an der Krümmung (28) gebunden wird.

21. Verfahren zum Verstärken eines Teils nach Anspruch 20, bei dem der Teil von der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer A-Pfeilerverbindung, einem Sitzrahmen und einer Rollschiene für ein Kraftfahrzeug besteht.

22. Verfahren zum Verstärken eines Teils nach Anspruch 20 oder 21, bei dem das Strukturverstärkungselement eine befestigte Abstandsbaugruppe (36) zum Beabstanden des Strukturverstärkungselements von der Teilinnenwand vor dem Ausdehnungsschritt umfasst.

23. Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem das Strukturverstärkungselement unelastisch vor dem Einführungsschritt verformt wird, wobei die Verformung derart ist, dass das Strukturverstärkungselement der Geometrie des Hohlraums (26) entspricht.

24. Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils nach einem der Ansprüche 20 bis 22, bei dem das Strukturverstärkungselement während des Einführungsschritts durch Kontakt mit dem hohlen Strukturteil (24) geformt wird.

25. Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils nach einem der Ansprüche 20 bis 24, bei dem das Strukturverstärkungselement in dem hohlen Strukturteil (24) vor dem Ausdehnungsschritt befestigt wird.

26. Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils nach einem der Ansprüche 20 bis 25, bei dem eine Anzahl von Krümmungen vorliegt, und das Harz (22) an mehr als einer der Krümmungen vorgesehen wird.

27. Verfahren zum Verstärken eines hohlen Strukturteils nach einem der Ansprüche 20 bis 26, bei dem der Teil einen Fahrzeugteil darstellt, das Harz (22) wärmeausdehnbar ist und das Harz in einem Fahrzeugfarbofen während eines Lackierschritts ausgedehnt wird.

28. Verstärkter hohler starrer Strukturteil (24) mit einem länglichen Hohlraum (26) nichtgerader linearer Geometrie und wenigstens einer Krümmung (28), wobei der genannte hohle Strukturteil an der genannten Krümmung (28) durch ein ausgedehntes Harz (22) verstärkt wird, das ein in engen Kontakt mit dem genannten hohlen Strukturteil (24) an der Krümmung (28) ausgedehnter und an den selben gebundener Strukturschaum ist, wobei der genannte verstärkte hohle Strukturteil dadurch gekennzeichnet ist, dass ein flexibles Element (20) der Länge nach durch den Hohlraum (26) des genannten hohlen Strukturteils (24) und des ausgedehnten Harzes (22) an der Krümmung (28) verläuft.

29. Verstärkter hohler Strukturteil nach Anspruch 28, bei dem der genannte hohle Strukturteil ein Fahrzeugteil ist, der von der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Rollschiene, einer A-Pfeilerverbindung und einem Sitzrahmen ausgewählt ist.

30. Verstärkter hohler Strukturteil nach Anspruch 28 oder 29, bei dem das genannte flexible Element (20) hohl ist, und elektrische Verdrahtung (23) sich der Länge nach durch das genannte flexible Element (20) erstreckt.

31. Verstärkter hohler Strukturteil nach Anspruch 28, 29 oder 30, der wenigstens eine Abstandsbaugruppe (36, 38) umfasst, die um das genannte flexible Element (20) herum an einer Stelle außerhalb von dem genannten ausgedehnten Harz (22) angebracht ist, wobei die genannte Abstandsgruppe eine Anzahl von sich nach außen erstreckenden Beinen (38) in dem genannten Hohlraum (26) in federndem Kontakt mit einer Innenfläche des genannten hohlen Strukturteils (24) aufweist.