EP2027195A1 - Schichtförmiges verstärkungsbauteil - Google Patents

Schichtförmiges verstärkungsbauteil

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Publication number
EP2027195A1
EP2027195A1 EP07725381A EP07725381A EP2027195A1 EP 2027195 A1 EP2027195 A1 EP 2027195A1 EP 07725381 A EP07725381 A EP 07725381A EP 07725381 A EP07725381 A EP 07725381A EP 2027195 A1 EP2027195 A1 EP 2027195A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adhesive layer
reinforcing member
member according
contact
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07725381A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Wesch
Matthias JÄHNICHEN
Jochen Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel AG and Co KGaA filed Critical Henkel AG and Co KGaA
Publication of EP2027195A1 publication Critical patent/EP2027195A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/18—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by features of a layer of foamed material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D29/00—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof
    • B62D29/001—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material
    • B62D29/002—Superstructures, understructures, or sub-units thereof, characterised by the material thereof characterised by combining metal and synthetic material a foamable synthetic material or metal being added in situ

Definitions

  • the invention relates to a layered reinforcing member based on a sheet as a carrier material and a thermally expandable and curable adhesive layer, and a method for stiffening and / or reinforcing body components.
  • EP-A-298024 describes a method for stiffening sheet metal and plastic moldings with the aid of a single-layer or multi-layer planar stiffening body which has at least one layer of a thermosetting resin.
  • This stiffening body is initially subjected to a first heat treatment, in which at least one surface of the stiffening body becomes tacky by this first heat treatment. Subsequently, the stiffening body with the sticky surface is to be applied to the element to be stiffened and then the stiffening body is to be subjected to a second heat treatment until all layers of the stiffening body have cured.
  • a layer of the reinforcing body is constructed of thermosetting epoxy resins and optionally contains glass fiber fabric.
  • Second Layer which is to become tacky in the first heat treatment, an epoxy-based, possibly polyurethane or copolyester-based hot melt adhesive is proposed.
  • this layer is to consist of a thermally shrinking film, so that after shrinkage, a sticky layer is exposed.
  • EP 0053361 A1 describes an adhesive layer material for reinforcing metal sheets comprising a first epoxy resin layer and a second epoxy resin layer laminated to the first epoxy resin layer, the first epoxy resin layer having a modulus of elasticity sufficient to allow stiffening of a metal plate after curing whereas the second epoxy resin layer after curing by heating should have an modulus of elasticity which is insufficient to cause stiffening of the metal plate to be stiffened. This is intended to cause the stress occurring due to the shrinkage in the curing of the high-modulus layer to be reduced, so that the warpage of the surface of the metal layer to be stiffened is reduced.
  • WO 99/50057 proposes a three-layer stiffening material which is made up of two polymer layers and one stiffening layer.
  • the polymer layer facing the substrate to be stiffened should be a flexible foam layer after curing, while the outer layer arranged on the flexible foam layer is a layer of rigid foam.
  • the third layer should be a film or fiberglass layer or a backing to effect additional stiffening. According to the teaching of this document, the stress caused by the shrinkage of the hard layer during curing should be kept away from the substrate to be stiffened by this layer arrangement.
  • Multilayer laminates of at least two thermally curable binder layers and two layers of textile fabrics, which should be suitable for stiffening sheet-like substrates.
  • the multilayer system is intended to include a binder layer facing the substrate to be stiffened, followed by a fibrous textile fabric layer on which a second binder layer is disposed. In turn, a second fiber-containing textile fabric layer is applied to this second binder layer.
  • the binder layer facing the substrate to be stiffened is adhesively bonded to the substrate to be stiffened, and is intended to have either a same or a lower modulus of elasticity have as the second binder layer facing away from the substrate to be stiffened.
  • Such multilayer laminates are suitable according to the teaching of this document for the marking-free stiffening of thin-walled substrates, in particular large-scale parts in vehicle construction such as doors, roof parts, engine compartment covers, trunk lids and the like.
  • Frame stiffening or cavity stiffening systems usually contain metallic or plastic supports and a thermally expandable and curable binder system or are formed as a strapless molded body directly from the thermally expandable and curable binder. They are usually fastened during a suitable process step with mechanical fasteners in the cavity still open at that time.
  • Such stiffening foamable reinforcing members are described, for example, in the following references: US4901500, US4908930, US4751249, US4978562, US4995545, US5124186, US5575526, US5755486, US4923902, US4922596, US4861097, US4732806, US4695343, US4610836, US6068424, US6058673, US6003274, US5992923, US5888600, US6092864, US6079180 and US5884960.
  • the aforementioned reinforcing components generally comprise dry, non-adhesive parts, which are introduced with a retaining clip in the body cavities and mechanically fixed there.
  • Reinforcement components are also known, which are constructed on self-adhesive structural foam formulations and which are often provided with a fabric film in order to increase the buckling resistance and buckling strength.
  • a fabric film in order to increase the buckling resistance and buckling strength.
  • melt films in a further application, which is preferably used to build a sandwich connection between 2 sheet metal surfaces, one uses melt films as a cover layer for better applicability.
  • a layer-shaped reinforcing member which contains a sheet as a carrier material on which a high-strength, thermally expandable and curable adhesive layer and parallel thereto a contact-sticky adhesive layer is arranged.
  • the carrier material is preferably a flexible to low-strength textile fabric made of glass fibers, polyamide fibers, carbon fibers, steel fibers or aluminum fibers. Particularly preferred are textile fabrics of glass fibers or polyamide fibers.
  • the carrier material may be a plastic film of polyamide, polyimide, polyester or else a metal foil of steel, aluminum or copper.
  • the film thickness of this support material is usually 0.05 to 3 mm, preferably the film thickness is between 0.1 and 1 mm.
  • the contact adhesive layer is built up on rubber compositions. This is preferably a butyl rubber.
  • a particularly preferred contact-sticky material based on butyl rubber is available under the trade name Terostat R 81 from Henkel.
  • the thermally expandable and curable adhesive layer contains at least one liquid reactive epoxy resin, optionally a solid reactive epoxy resin, optionally a flexibilizer, optionally a reactive diluent, if necessary finely divided thermoplastic polymer powder. Furthermore, this composition contains hardeners and / or accelerators and blowing agents. Such thermally expandable curable adhesive compositions suitable for the reinforcing component according to the invention are described, for example, in WO 00/52086 or in WO 2003/054069.
  • Fig. 1 shows the basic layer structure of carrier material and the two adhesive layers
  • FIG. 2 shows a section through a hollow component, in particular a section through a
  • FIG. 3 is a plan view of the reinforcing member according to the invention.
  • Fig. 4 is a plan view of a further embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a cross section through the reinforcing component according to FIG. 3.
  • Fig. 1 shows the basic layer structure of a reinforcing member according to the present invention.
  • a strip of a high-strength, thermally expandable and curable adhesive composition (2) is applied on the carrier material (1) .
  • a film of a non-sticky at room temperature melt film (3) is applied on the carrier material (1) .
  • the contact-sticky adhesive layer (4) is applied in strips on the carrier, which is protected by a protective film (5) during storage time from surface contamination.
  • FIG. 2 shows a section through a body part to be stiffened.
  • it is a cross section through a roof rail of a motor vehicle in a schematic representation.
  • the roof rail is composed of 3 sheet metal profiles, the inner panel (6), which will face the passenger compartment of the motor vehicle, the stiffening plate (7) and the outer panel (8), which is positioned in the outer viewing area of the vehicle.
  • the 3 plates are connected together in the final state. This can be done by mechanical joining such as flanging, spot welding or by gluing or by a combination of all 3 attachment methods.
  • the reinforcing component according to the invention After removal of the protective film (5) with the aid of the contact-adhesive layer (4) at the predetermined location of the still available at this time the assembly intermediate plate (7) fixed. Subsequently, the outer panel (8) is joined, wherein the thermally expandable and curable adhesive layer (2) is guided to the correct position. In this state (not shown in FIG. 2), the thermally expandable and curable adhesive layer (2) has not yet expanded and has not cured, but rests with the carrier material (1) as an intermediate layer on the outer panel (8).
  • the adhesive layer (2) is thermally expanded and cured using the process heat of the paint oven for curing the electrodeposition paint, with an adhesive connection to the reinforcing plate (7) is effected.
  • the adhesive layer (2) completely fills the gap between outer panel (8) and reinforcing panel (7).
  • a read-through which would be visible on the outside of the outer sheet 8 is avoided in that the adhesive layer 2 has no rigid adhesive bond with the outer sheet 8 due to the carrier film 1 therebetween ,
  • FIG. 3 shows a plan view of an embodiment according to the invention of the reinforcing component with a glass fiber fabric (1) as the carrier material and the strip of the contact-adhesive layer (4), which is not visible here, since it is covered by the protective film (5).
  • the strip of high strength thermo-expandable and curable adhesive (2) is extruded. This carries on its surface a molten film, which melts when heated in the cathodic oven, so that an adhesive connection of the adhesive layer (2) with the stiffening plate (7) can be ensured.
  • FIG. 4 shows a further special embodiment of the reinforcing component according to the invention, in which the high-strength, thermally expandable and curable adhesive layer (2) has been extruded in the middle onto the carrier (1) made of glass fiber fabric and spaced apart on both sides by a contact-sticky adhesive layer (4) is arranged, which is covered in each case with a protective film (5).
  • a protective film (5) Such an embodiment allows the positioning and fixing of the reinforcing member in special versions with 2 robeklebrigen strips (4) after removal of the protective films (5).
  • FIG. 5 shows a cross-sectional view of the reinforcing component according to the invention according to FIG. 3, perpendicular to the plan view shown in FIG. 3.
  • the adhesive layer (2, 2 ') is in turn extruded onto the support (1).
  • This is a special form of the adhesive layer, which is more strongly contoured on one side at the point (2 ') and thus deviates from the general rectangular cross section of the adhesive layer.
  • Such a shape of the adhesive layer (2) allows an optimized adaptation and space filling of the gap between the outer plate (8) and the stiffening plate (7).
  • the contact-sticky layer (4) is in turn covered with a protective film (5).
  • the reinforcing member according to the invention of contact adhesive, structurally strong high-strength foamable adhesive and fabric-shaped carrier allows the attachment of the reinforcing member to body components that do not allow Verklippsung, Verschweizung or other mechanical fastening.
  • the foamable adhesive is shielded from the visible surface of the outer panel by the outer sheet and the expandable adhesive layer arranged carrier layer, so that no marks are made in the field of view of the outer panel.
  • the contour of the adhesive layer can be optimally adapted to the requirements, d. H. it can be designed as a flat rectangular profile or as a contoured profile.
  • the reinforcing component according to the invention can be produced inexpensively by double extrusion of the high-strength adhesive layer (2) and, parallel to this, either the contact-adhesive adhesive layer (4) which is adjacent or at a corresponding distance. Both layers can be executed as flat rectangular extrudates or as contour extrudates, depending on requirements.

Landscapes

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Abstract

Schichtförmiges Verstärkungsbauteil enthaltend ein Flächengebilde als Trägermaterial, auf dem eine hochfeste thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht und parallel dazu eine kontaktklebrige Kleberschicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Trägermaterial einen rechteckigen Zuschnitt hat und die kontaktklebrige Kleberschicht und die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht als flache Rechteck- oder Konturextrudate als parallele Streifen auf dem Trägermaterial angeordnet sind. Verfahren zum Versteifen und/oder Verstärken von Karosseriebauteilen durch Einbau eines derartigen Verstärkungsbauteils.

Description

„Schichtförmiges Verstärkungsbauteil"
Die Erfindung betrifft ein schichtförmiges Verstärkungsbauteil auf der Basis eines Flächengebildes als Trägermaterial und einer thermisch expandierbaren und härtbaren Kleberschicht, sowie ein Verfahren zum Versteifen und / oder Verstärken von Karosseriebauteilen.
Ausgelöst durch verbesserten Korrosionsschutz für metallische Substrate, leichtere Formbarkeit dieser dünnen Substrate sowie niedrigere Kosten und insbesondere wegen der Gewichtsersparnis und der damit verbundenen Ersparnis an Treibstoffen im Betrieb derartiger Fahrzeuge in Leichtbauweise, hat die Verwendung von dünnen Streifen, Platten oder Blechen im Fahrzeugbau in der jüngsten Zeit stark zugenommen. In der Vergangenheit wurden zur Versteifung entweder metallische Versteifungsplatten auf die dünnen Bleche aufgeschweißt oder aufgeklebt. Wegen des vorgenannten Erfordernis der Gewichtsersparnis ist die Nachfrage nach leichten flächenversteifenden, rahmenversteifenden oder hohlraumversteifenden Systemen für verschiedenste Anwendungen im Automobilbau sehr groß. Bisher sind für diese Anwendungsfelder neben den vorgenannten Metallplatten Formkörper auf der Basis von Epoxidharzen, Polyurethanen und/oder anderen thermisch härtbaren Bindemittelzusammensetzungen bekannt geworden.
Die EP-A-298024 beschreibt zum Beispiel ein Verfahren zum Versteifen von Blechen und Kunststoff-Formkörpern mit Hilfe eines ein- oder mehrschichtigen flächigen Versteifungskörpers, der zumindest eine Schicht aus einem unter Wärmeeinfluss härtenden Kunstharz aufweist. Dieser Versteifungskörper soll dabei zunächst einer ersten Wärmebehandlung unterworfen werden, bei der mindestens eine Oberfläche des Versteifungskörpers durch diese erste Wärmebehandlung klebrig wird. Anschließend soll der Versteifungskörper mit der klebrigen Oberfläche auf das zu versteifende Element aufgebracht werden und anschließend soll der Versteifungskörper einer zweiten Wärmebehandlung unterworfen werden, bis alle Schichten des Versteifungskörpers ausgehärtet sind. Es wird vorgeschlagen, dass eine Schicht des Verstärkungskörpers aus hitzehärtenden Epoxidharzen aufgebaut ist und ggf. Glasfasergewebe enthält. Als zweite Schicht, die bei der ersten Wärmebehandlung klebrig werden soll, wird ein Schmelzkleber auf Epoxidbasis, eventuell auf Polyurethan- oder Copolyesterbasis vorgeschlagen. Alternativ soll diese Schicht aus einer unter Wärmewirkung schrumpfenden Folie bestehen, so dass nach Schrumpfung eine klebrige Schicht freigelegt wird.
EP 0053361 A1 beschreibt ein Klebstoffschichtmaterial zur Verstärkung von Metallblechen enthaltend eine erste Epoxidharzschicht und einen zweite Epoxidharzschicht, die auf die erste Epoxidharzschicht auflaminiert ist, wobei die erste Epoxidharzschicht nach der Aushärtung einen E-Modul aufweist, der ausreichend ist, um die Versteifung einer Metallplatte zu bewirken, wohingegen die zweite Epoxidharzschicht nach der Aushärtung durch Erwärmen einen E-Modul aufweisen soll, der nicht ausreichend ist, um eine Versteifung der zu versteifenden Metallplatte zu bewirken. Hierdurch soll bewirkt werden, dass die durch die Schrumpfung bei der Härtung der hochmoduligen Schicht auftretende Spannung reduziert wird, so dass die Verwerfung der Oberfläche der zu versteifenden Metallschicht reduziert wird.
WO 99/50057 schlägt ein dreischichtiges Versteifungsmaterial vor, das aus zwei Polymerschichten und einer Versteifungsschicht aufgebaut ist. Dabei soll die dem zu versteifende Substrat zugewandte Polymerschicht eine nachgiebige Schaumschicht nach der Aushärtung sein, während die äußere, auf der nachgiebigen Schaumschicht angeordnete Schicht eine Schicht eines Hartschaums ist. Die dritte Schicht soll eine Folie oder Glasfaserschicht oder ein Träger zur Bewirkung zusätzlicher Versteifung sein. Gemäß der Lehre dieser Schrift soll durch diese Schichtanordnung die durch den Schrumpf der harten Schicht beim Aushärten verursachte Spannung vom zu versteifenden Substrat fern gehalten werden.
Flächenversteifende Mittel sind auch aus der WO2004/039577 bekannt. Dort werden mehrschichtige Laminate aus mindestens zwei thermisch härtbaren Bindemittelschichten und zwei Schichten aus textilen Flächengebilden beschrieben, die sich zum Versteifen von flächigen Substraten eignen sollen. Das Mehrschichtsystem soll dabei eine dem zu versteifende Substrat zugewandte Bindemittelschicht enthalten, auf die eine faserhaltige textilen Flächengebilde-Schicht folgt, auf der eine zweite Bindemittelschicht angeordnet ist. Auf dieser zweiten Bindemittelschicht ist wiederum eine zweite faserhaltige textile Flächengebilde-Schicht angebracht. Im ausgehärteten Zustand ist die dem zu versteifenden Substrat zugewandte Bindemittelschicht haftend mit dem zu versteifenden Substrat verbunden, und soll entweder einen gleichen oder einen niedrigeren E-Modul aufweisen als die dem zu versteifenden Substrat abgewandte zweite Bindemittelschicht. Derartige mehrschichtige Laminate eignen sich nach der Lehre dieser Schrift zum abzeichnungsfreien Versteifen von dünnwandigen Substraten, insbesondere großflächigen Teilen im Fahrzeugbau wie Türen, Dachteilen, Motorraumdeckeln, Kofferraumdeckeln und dergleichen.
Rahmenversteifende oder hohlraumversteifende Systeme enthalten üblicherweise metallische oder Kunststoffträger und ein thermisch expandierbares und härtbares Bindemittelsystem oder sind als trägerloser Formkörper direkt aus dem thermisch expandierbaren und härtbaren Bindemittel geformt. Sie werden meistens während eines geeigneten Prozess-Schrittes mit mechanischen Befestigungsmitteln in dem zu diesem Zeitpunkt noch offenen Hohlraum befestigt. Derartige versteifende schäumbare Verstärkungsbauteile werden beispielsweise in den folgenden Schriften beschrieben: US4901500, US4908930, US4751249, US4978562, US4995545, US5124186, US5575526, US5755486, US4923902, US4922596, US4861097, US4732806, US4695343, US4610836, US6068424, US6058673, US6003274, US5992923, US5888600, US6092864, US6079180 und US5884960.
Die vorgenannten Verstärkungsbauteile umfassen in der Regel trockene, nicht klebende Teile, die mit einem Halteklipp in die Karosseriehohlräume eingebracht werden und dort mechanisch fixiert werden.
Es sind auch Verstärkungsbauteile bekannt, die auf selbstklebenden Strukturschaumformulierungen aufgebaut sind und die vielfach mit einer Gewebefolie versehen sind, um die Beulsteifigkeit und Knickfestigkeit zu erhöhen. In einer weiteren Anwendung, die bevorzugt zum Aufbau einer Sandwichverbindung zwischen 2 Blechflächen eingesetzt wird, nutzt man Schmelzfilme als Deckschicht zur besseren Applizierbarkeit.
Der bisher bekannt gewordene Stand der Technik zur Versteifung von dünnen Substraten löst jedoch das Problem des Verziehens der dünnwandigen Blech- oder Kunststoffbauteile durch den Schrumpf der versteifenden Schichten nur ungenügend, so dass sich diese marginalen Verwerfungen und Unebenheiten bei einheitlich und glänzend lackierten Bauteilen immer störend abzeichnen. Vor allem bei den flächigen Anwendungen im sichtbaren Bereich findet man unter Umständen die Problematik der Abzeichnung auf der Sichtseite des Applikationsbereiches („Read-Through-Effekt"). Man kann dieses Abzeichnungsverhalten verbessern, indem man unter den Verstärkungsschaum eine weichere Unterschicht einbringt, die der Blechausdehnung in der Abkühlphase nicht den Widerstand entgegen bringt wie die hochfesten Strukturschäume. Auch durch unterschiedlich geformte Randlinien kann die Tendenz zur Abzeichnung reduziert werden. Eine weitere Möglichkeit sind sogenannte Vielschichtlaminate mit geometrisch nicht übereinander liegenden Randlinien, um die Abzeichnungen zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Eine derartige Vorgehends- weise wird beispielsweise in der vorgenannten WO 2004/039577 vorgeschlagen.
Angesichts dieses Standes der Technik haben sich die Erfinder die Aufgabe gestellt, Verstärkungsbauteile bereit zu stellen, die an ein Bauteil ohne mechanische Verklippsung an hochfesten und crashrelevanten Verstärkungsblechen oder Außenblechen anbindbar sind und die gleichzeitig Abzeichnungsprobleme verhindern.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist den Patentansprüchen zu entnehmen.
Sie besteht im wesentlichen in der Bereitstellung eines schichtförmigen Verstärkungsbauteils, das ein Flächengebilde als Trägermaterial enthält, auf dem eine hochfeste, thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht und parallel dazu eine kontaktklebrige Kleberschicht angeordnet ist.
Das Trägermaterial ist dabei vorzugsweise ein flexibles bis niedrigfestes textiles Gewebe aus Glasfasern, Polyamidfasern, Kohlenstofffasern, Stahlfasern oder Aluminiumfasern. Besonders bevorzugt sind dabei textile Gewebe aus Glasfasern oder Polyamidfasern.
In einer weiteren Ausführungsform kann das Trägermaterial (Flächengebilde) eine Kunststofffolie aus Polyamid, Polyimid, Polyester oder auch eine Metallfolie aus Stahl, Aluminium oder Kupfer sein. Die Folienstärke dieses Trägermaterials beträgt in der Regel 0,05 bis 3 mm, vorzugsweise liegt die Folienstärke zwischen 0,1 und 1 mm.
Die kontaktklebrige Schicht ist auf Kautschuk-Zusammensetzungen aufgebaut. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen Butylkautschuk. Ein besonders bevorzugtes kontaktklebriges Material auf Basis von Butylkautschuk ist unter dem Handelsnamen TerostatR 81 von der Firma Henkel erhältlich.
Die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht enthält mindestens ein flüssiges reaktives Epoxidharz, ggf. ein festes reaktives Epoxidharz, ggf. ein Flexibilisierungsmittel, ggf. einen Reaktivverdünner, ggf. feinteilige thermoplastische Polymerpulver. Weiterhin enthält diese Zusammensetzung Härter und/oder Beschleuniger sowie Treibmittel. Derartige für das erfindungsgemäße Verstärkungsbauteil geeignete thermisch expandierbare härtbare Kleber-Zusammensetzungen sind beispielsweise in der WO 00/52086 oder in der WO 2003/054069 beschrieben.
Die erfindungsgemäßen Verstärkungs-Bauteile sollen nachfolgend anhand einiger Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Schichtaufbau aus Trägermaterial und den beiden Kleberschichten
Fig. 2 einen Schnitt durch ein hohles Bauteil, hier insbesondere einen Schnitt durch einen
Dachholm eines Kraftfahrzeuges,
Fig. 3 eine Aufsicht auf das erfindungsgemäße Verstärkungs-Bauteil,
Fig. 4 eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verstärkungs-Bauteils,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das Verstärkungs-Bauteil gemäß Fig. 3.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Schichtaufbau eines Verstärkungs-Bauteiles gemäß vorliegender Erfindung. Auf dem Trägermaterial (1) ist ein Streifen einer hochfesten, thermisch expandierbaren und härtbaren Klebstoffzusammensetzung (2) aufgebracht. Auf der dem Träger abgewandten Seite ist ein Film einer bei Raumtemperatur nicht klebrigen Schmelzfolie (3) aufgebracht. Weiterhin ist auf dem Träger die kontaktklebrige Klebstoffschicht (4) streifenförmig aufgebracht, die durch eine Schutzfolie (5) während der Lagerzeit vor Oberflächenkontamination geschützt wird.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch ein zu versteifendes Karosserie-Bauteil. Im konkreten Fall handelt es sich um einen Querschnitt durch einen Dachholm eines Kraftfahrzeuges in schematischer Darstellung. Der Dachholm ist aus 3 Blechprofilen zusammengesetzt, dem Innenblech (6), das der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs zugewandt sein wird, dem Versteifungsblech (7) und dem Außenblech (8), das im Außensichtbereich des Fahrzeugs positioniert ist. An den Stellen (9) und (91) sind die 3 Bleche im Endzustand miteinander verbunden. Dies kann durch mechanisches Fügen wie Bördeln, Punktschweißen oder durch Verkleben oder durch eine Kombination aller 3 Befestigungsmethoden erfolgen. Zum Zeitpunkt der Rohbaumontage wird das erfindungsgemäße Verstärkungs-Bauteil nach Entfernen der Schutzfolie (5) mit Hilfe der kontaktklebrigen Kleberschicht (4) an der vorbestimmten Stelle des zu diesem Zeitpunkt noch der Montage zugänglichen Zwischen- bleches (7) fixiert. Anschließend wird das Außenblech (8) gefügt, wobei die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht (2) an die korrekte Position geführt wird. In diesem Zustand (in Fig. 2 nicht gezeigt) ist die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht (2) noch nicht expandiert und nicht ausgehärtet, sie liegt vielmehr mit dem Trägermaterial (1) als Zwischenlage auf dem Außenblech (8) auf. Im weiteren Fertigungsverfahren wird unter Ausnutzung der Prozesswärme des Lackofens für die Aushärtung des Elektrotauchlackes die Kleberschicht (2) thermisch expandiert und ausgehärtet, wobei eine klebende Verbindung zum Verstärkungsblech (7) bewirkt wird. Somit füllt die Kleberschicht (2) den Abstand zwischen Außenblech (8) und Verstärkungsblech (7) vollständig aus. Ein Abzeichnen ("Read-through") der auf der Außenseite des Außenbleches (8) sichtbar sein würde, wird dadurch vermieden, dass die Kleberschicht (2) wegen des dazwischen liegenden Trägerfilms (1) keinen starren Klebeverbund mit dem Außenblech (8) aufweist.
Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verstärkungs- Bauteils mit einem Glasfasergewebe (1) als Trägermaterial und dem Streifen der kontaktklebrigen Kleberschicht (4), die hier nicht sichtbar ist, da sie durch die Schutzfolie (5) abgedeckt ist. Parallel dazu beabstandet ist der Streifen des hochfesten thermisch expandierbaren und härtbaren Klebers (2) aufextrudiert. Dieser trägt auf seiner Oberfläche eine Schmelzfolie, die beim Aufheizen im KTL-Ofen aufschmilzt, so dass eine klebende Verbindung der Kleberschicht (2) mit dem Versteifungsblech (7) gewährleistet werden kann.
Die Fig. 4 zeigt eine weitere spezielle Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkungs-Bauteils, bei der die hochfeste, thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht (2) in der Mitte auf den Träger (1) aus Glasfasergewebe aufextrudiert wurde und parallel dazu beabstandet beidseitig je eine kontaktklebrige Kleberschicht (4) angeordnet ist, die jeweils mit einer Schutzfolie (5) abgedeckt ist. Eine derartige Ausführungsform erlaubt das Positionieren und Fixieren des Verstärkungs-Bauteils in Sonderausführungen mit 2 kontaktklebrigen Streifen (4) nach Entfernen der Schutzfolien (5).
Es kann zweckmäßig sein, dass sowohl in der Ausführungsform gemäß Fig. 3 als auch in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 das Trägermaterial (1) in dem Zwischenraum zwischen hochfester Kleberschicht (2) und kontaktklebriger Kleberschicht (4) mit Durchbrüchen oder Schlitzen versehen ist, um scharfen Biegungen an den Bauteilen durch höhere Flexibilität besser anpassbar zu sein. Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht des erfindungsgemäßen Verstärkungsbauteils gemäß Fig. 3, senkrecht zu der in Fig. 3 gezeigten Aufsicht. Die Kleberschicht (2, 2') ist wiederum auf dem Träger (1) aufextrudiert. Hier handelt es sich um eine Sonderform der Kleberschicht, die einseitig an der Stelle (2') stärker konturiert ist und so von dem allgemeinen rechteckigen Querschnitt der Kleberschicht abweicht. Eine derartige Formgestaltung der Kleberschicht (2) erlaubt eine optimierte Anpassung und Raumerfüllung des Zwischenraums zwischen dem Außenblech (8) und dem Versteifungsblech (7). Die kontaktklebrige Schicht (4) ist wiederum mit einer Schutzfolie (5) abgedeckt.
Das erfindungsgemäße Verstärkungsbauteil aus Kontaktklebstoff, strukturfestem hochfestem schäumbarem Kleber und gewebeförmigem Träger erlaubt die Befestigung des Verstärkungsbauteils an Karosseriebauteilen, die keine Verklippsung, Verschweizung oder sonstige mechanische Befestigung zulassen. Außerdem ist durch die zwischen Außenblech und expandierbare Kleberschicht angeordnete Trägerschicht der schäumbare Kleber von der Sichtfläche des Außenbleches abgeschirmt, so dass keine Abzeichnungen im Sichtbereich des Außenbleches erfolgen. Die Kontur der Kleberschicht kann optimal den Erfordernissen angepasst werden, d. h. sie kann als flaches Rechteckprofil oder als konturgeformtes Profil ausgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verstärkungsbauteil lässt sich kostengünstig durch Doppelextru- sion der hochfesten Kleberschicht (2) und parallel dazu der entweder angrenzte oder in entsprechendem Abstand aufgebrachten kontaktklebrigen Kleberschicht (4) herstellen. Beide Schichten können je nach Anforderungen als flache Rechteckextrudate oder als Konturextrudate ausgeführt werden.
Falls keine Kontaminationsgefahr oder Fehlmontage zu befürchten ist, kann ggf. auch auf eine Beschichtung der hochfesten Kleberschicht (2) mit einer Schmelzfolienschicht (3) verzichtet werden.
Wo es technisch und mechanisch möglich ist, kann auf die kontaktklebrige Kleberschicht (4) mit Schutzfolie (5) verzichtet werden und der Träger stattdessen mit mechanischen Fixierhilfsmitteln wie zum Beispiel den sogenannten „Push-Pins" an der vorgegebenen Stelle des Hohlraumbauteils fixiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schichtförmiges Verstärkungsbauteil enthaltend ein Flächengebilde als Trägermaterial, auf dem eine hochfeste thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht und parallel dazu eine kontaktklebrige Kleberschicht angeordnet ist.
2. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde ein textiles Gewebe aus Glasfasern, Polyamidfasern, Kohlenstofffasern, Stahlfasern oder Aluminiumfasern ist.
3. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde eine Kunststofffolie aus Polyamid, Polyimid oder Polyester oder eine Metallfolie aus Stahl, Aluminium oder Kupfer ist.
4. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 3 gekennzeichnet durch eine Folienstärke von 0,05 bis 3 mm, vorzugsweise von 0,1 bis 1 mm.
5. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die kontaktklebrige Schicht auf der Basis von Kautschuk-Zusammensetzungen, vorzugsweise auf der Basis von Butylkautschuk aufgebaut ist.
6. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht mindestens ein flüssiges reaktives Epoxidharz, ggf. ein festes reaktives Epoxidharz, ggf. ein Flexibilisierungsmittel, ggf. einen Reaktivverdünner, ggf. ein feinteiliges thermoplastisches Polymerpulver, Härter und/oder Beschleuniger sowie Treibmittel enthält.
7. Verstärkungsbauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial einen rechteckigen Zuschnitt hat und die kontaktklebrige Kleberschicht und die thermisch expandierbare und härtbare Kleberschicht als flache Rechteck- oder Konturextrudate als parallele Streifen auf dem Trägermaterial angeordnet sind.
8. Verstärkungsbauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Trägermaterial abgewandte Oberflächen der Kleberschichten mit einer Schutzfolie oder einer bei Raumtemperatur nichtklebrigen Schmelzfolie versehen sind.
9. Verstärkungsbauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Trägermaterial abgewandte Oberfläche der kontaktklebrige Kleberschicht mit einer Schutzfolie und die dem Trägermaterial abgewandte Oberfläche der thermisch expandierbaren und härtbaren Kleberschicht mit einer bei Raumtemperatur nichtklebrigen Schmelzfolie versehen ist.
10. Verstärkungsbauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial im Zwischenraum zwischen dem kontaktklebrigen Kleberstreifen und dem thermisch expandierbaren und härtbaren Kleberstreifen mit Durchbrüchen oder Schlitzen versehen ist.
11. Verfahren zum Versteifen und/oder Verstärken von Karosseriebauteilen, wobei man in das Karosseriebauteil mindestens ein Verstärkungsbauteil nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche einbringt, gekennzeichnet durch die folgenden wesentlichen Verfahrensschritte
a) Entfernen der Schutzfolie von der kontaktklebrigen Kleberschicht, b) Positionieren des Verstärkungsbauteils an der vorbestimmten Stelle des Karosserieblechs, c) Fixieren des Verstärkungsbauteils durch Druck auf das Trägermaterial im Bereich der kontaktklebrigen Kleberschicht, d) Fügen des zweiten Karosserieblechs in die vorbestimmte Position, e) Fixieren der Karosseriebauteile, f) Erwärmen auf Temperaturen zwischen 1100C und 2000C, vorzugsweise zwischen 1300C und 180°C, wobei das Volumen der thermisch expandierbaren und härtbaren Kleberschicht um 50 bis 100 % expandiert und die Reaktionsharz-Matrix zu einem Duroplasten aushärtet.
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