EP2244930A1 - Einsatz zur verstärkung einer trägerstruktur sowie verfahren zur versteifung einer trägerstruktur - Google Patents

Einsatz zur verstärkung einer trägerstruktur sowie verfahren zur versteifung einer trägerstruktur

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Publication number
EP2244930A1
EP2244930A1 EP09709691A EP09709691A EP2244930A1 EP 2244930 A1 EP2244930 A1 EP 2244930A1 EP 09709691 A EP09709691 A EP 09709691A EP 09709691 A EP09709691 A EP 09709691A EP 2244930 A1 EP2244930 A1 EP 2244930A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
insert
support structure
cavity
fibers
functional element
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Withdrawn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
EP09709691A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Nachtigäller
Daniel Fertig
Andreas Radtke
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.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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 BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP09709691A priority Critical patent/EP2244930A1/de
Publication of EP2244930A1 publication Critical patent/EP2244930A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00—Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/04—Door pillars ; windshield pillars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/20—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components
    • B60R21/213—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components in vehicle roof frames or pillars

Definitions

  • the invention relates to an insert for reinforcing a support structure, wherein the support structure comprises at least one cavity into which the insert is inserted. Furthermore, the invention relates to a method for reinforcing a support structure.
  • An additional reinforcement of carrier structures is required, for example, if high demands are placed on the carrier structures, for example with respect to their strength. This is the case in particular when the structures are, for example, load-bearing components.
  • such structures may be frame parts of a vehicle body. This is why high demands are placed on the strength, in particular, so that the body deforms only slightly in the event of an accident so as to protect the occupants from injury.
  • Another endeavor is to make parts lighter, for example to reduce fuel consumption.
  • DE-A 10 2005 037 688 it is known, for example, to use composite components of metal and plastic for vehicle construction.
  • the metal component is encapsulated with the plastic, for example.
  • encapsulation is also called pressing.
  • a device with which the encapsulation of motor vehicle components can take place is mentioned, for example, in DE-A 10 2005 014 802.
  • a tool is attached to a robot arm, which can be closed to metallic body parts.
  • the tool is connected to a plasticizing unit, so that plastic can be injected around the corresponding tool by means of an injection molding process.
  • the reinforced sleeve is generally made from a polymer composition.
  • the connection of the hollow carrier to the sleeve is made by a reinforcing medium, which is generally a heat-activated structural foam. This expands by the action of heat, so that the reinforced sleeve is firmly fixed in the hollow beam.
  • EP-B 1 208 276 discloses a reinforcing member provided with strips of an uncured thermally expandable resin. For reinforcement purposes, the Strength element inserted into a hollow beam and by the action of heat, the resin of the strip expands, so that the reinforcing element is firmly positioned in the hollow carrier. Also in EP-B 1 387 789 a structural reinforcing element is disclosed in which an expan dierbares adhesive material is applied to a portion of the surface of a reinforcing element.
  • a composite construction element in which, for example, a plastic base body provided with ribs is fastened in a metal or reinforced plastic element to be reinforced is known from US-B 6,421,979.
  • the attachment takes place for example by a riveted joint, by self-tapping fasteners or by melting plastic rivets.
  • a cellular, honeycomb or ribbed internal structure as reinforcement for a hollow element is known from EP-B 1 373 055.
  • the reinforcing element is fastened with an expandable adhesive material in the hollow element.
  • the reinforcing element is provided on its outer surface with spacers.
  • An enhanced motor vehicle structure is known from EP-B 1 324 910.
  • a support member made by injection molding of a polymer is disposed in a cavity formed by a plurality of panel members.
  • an expandable structural material is used for sealing the carrier element with the cavity.
  • an expandable structural material an expandable polymeric material is used which is generally tack-free upon contact and heat-activatable.
  • Cavities in vehicle bodies are closed by the reinforcing elements known from the prior art. Due to their design, however, generally still unused cavity remains free. However, due to the design of the reinforcement, it is generally necessary, for example, when functional elements are to be mounted, to mount them outside the supports, thereby requiring additional space.
  • the object of the present invention is to provide a reinforcement of structures which makes it possible to use existing installation space also for further functional elements.
  • an insert for reinforcing a carrier structure wherein the carrier structure comprises at least one cavity into which the insert is inserted and the insert comprises a receiving area for receiving at least one functional element.
  • Carrier structures in the sense of the present invention are all carrier structures which are subject to mechanical stress and must have a predetermined strength. Such structures are in particular bodies of motor vehicles. Other support structures, however, may also be, for example, scaffolding or girders, for example of structures.
  • the insert for reinforcing the support structure is preferably used in a spar of a vehicle body.
  • this can be additionally reinforced. This makes it possible, for example, to reduce deformation of the passenger compartment of the vehicle body in an accident.
  • a further advantage of the insert according to the invention for reinforcing the metallic structure is that it allows it to carry out the support structure in a smaller wall thickness or with fewer stiffening ribs. In this way, the weight of the support structure can be reduced.
  • a weight reduction results in particular when the insert is made of a polymer material. Such a weight saving is particularly desirable in motor vehicles, as this can for example reduce fuel consumption.
  • a weight reduction may be desired, especially if it is transportable carrier plants, as is the case for example with scaffolding.
  • the polymer material used is preferably fiber-reinforced.
  • any fiber known to the person skilled in the art and used for reinforcement can be used.
  • Suitable fibers are, for example, glass fibers, carbon fibers, aramid fibers, boron fibers, metal fibers or potassium titanate fibers.
  • the fibers may be used in the form of short fibers or long fibers.
  • the fibers may be ordered or disordered in the polymeric material. In particular, when using long fibers, however, an orderly arrangement is common.
  • the fibers can be used in the form of single fibers, rovings or fiber mats.
  • the fibers When the fibers are used in the form of long fibers, as rovings or as a fiber mat, the fibers are usually placed in a mold and then encapsulated with the polymer material.
  • the insert produced in this way can be single-layered or multi-layered.
  • the fibers of the individual layers may each be rectified or the fibers of the individual layers are rotated against each other at an angle of -90 ° to + 90 ° to each other.
  • short fibers When short fibers are used, they are usually admixed with the polymer composition before curing.
  • the insert can be made for example by extrusion, injection molding or casting. In general, the short glass fibers are unattended in use.
  • alignment of the short fibers may result from the compression of the polymer mass containing the fibers through a injection nozzle into the tool.
  • extrusion of the polymer composition may result in alignment of the short fibers due to extrusion through the extrusion die.
  • any other fillers which are known to the person skilled in the art and which have a stiffness and / or increase in strength are suitable as reinforcing agents.
  • These include, among other things, any particles without preferential direction.
  • Such particles are generally spherical, platy or cylindrical.
  • the actual shape of the particles may differ from the idealized form.
  • spherical particles can in reality also be drop-shaped or flattened, for example.
  • fibers used reinforcing materials are for example graphite, chalk, talc and nanoscale fillers.
  • short fibers are preferably used. These preferably have an average fiber length in the range of 10 .mu.m to 100 mm. Particularly preferred are fibers having an average fiber length of 0.1 to 10 mm.
  • the polymer material used to make the insert may be, for example, a thermoset or a thermoplastic.
  • the selection of the suitable polymer material also depends on production methods for use. For example, thermoplastic polymer materials are particularly suitable for an extrusion process, whereas thermoset polymer materials are usually formed, for example, by casting processes. Injection molding can generally process both thermoplastic and thermoset materials.
  • thermoplastics are used as the polymer material, then all thermoplastics known to those skilled in the art are suitable at first.
  • thermoplastics are suitable which can be reinforced.
  • Commonly used thermoplastics are, for example, polyolefins, polyamides, polyurethanes, polyesters, polyethers, polyacrylates, polyacetates and polymers of vinyl group-containing monomers.
  • polyolefins are, for example, polyethylene, polypropylene, polybutene-1, polytetrafluoroethylene.
  • Suitable polyamides are, for example, polyamide 6, polyamide 1 1, polyamide 6/6, polyamide 6/10 or polyamide 6/12.
  • Suitable polyesters are, for example, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate or polycarbonate.
  • Commonly used polyacrylates are, for example, poly (meth) acrylate, polymethacrylate or polyacrylonitrile.
  • polyacetal for example, polyoxymethylene is used.
  • Suitable polymers containing monomer units with vinyl groups are, for example, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polystyrene, polyvinylcarbazole, polyvinyl acetate or polyvinyl alcohol.
  • Other suitable thermoplastics are polyethersulfone, polyetherimide, acrylbutadiene styrene, styrene-acrylonitrile and acrylic ester-styrene-acrylonitrile.
  • thermoplastics are polyamides.
  • thermosets are, for example, phenolic resins, epoxy resins, melamine resins, and saturated or unsaturated polyester resins.
  • Preferred thermoset materials are Sheet Molding Compounds (SMC), Buick Molding Compounds (BMC) and polyurethane systems.
  • the polymer compositions used may also contain other additives. These are, for example, customary plasticizers, impact modifiers, flame retardants and other additives known to the person skilled in the art, which are usually added to polymers. If the insert is used to reinforce the support structure in a motor vehicle, then functional elements that are inserted into the receiving area of the insert, for example, airbags, airbag ignition units, belt tensioners, Gurtrollen, door lock elements, door hinges, Gurtbefest Trent and other, known in the art functional elements , which can be mounted in motor vehicles in the body.
  • additives for example, airbags, airbag ignition units, belt tensioners, Gurtrollen, door lock elements, door hinges, Gurtbefest Trent and other, known in the art functional elements , which can be mounted in motor vehicles in the body.
  • functional elements in scaffolding can be rollers for pulleys, hubs, or brackets.
  • the insert is secured in the cavity so that it rests against the metallic structure without joints.
  • This can be achieved, for example, by securing the insert with an expandable polymer material in the cavity of the metallic structure.
  • foams are suitable as expandable polymer material. These are preferably foamed only after insertion of the insert into the cavity of the support structure.
  • a foam is formed, which fills the spaces between the insert and the wall of the support structure.
  • foams are used which further increase the strength of the metallic structure.
  • foams containing a filler are preferably foams containing a filler to increase the strength of the foam.
  • Suitable fillers are the same fillers as are used as fillers for use.
  • Foam masses which are used for fastening the insert in the support structure are preferably selectively activatable in order to be able to control the time of foaming. Preference is given to heat-activatable foams. In general, epoxy foams are used. However, polyurethane foams, polyester foams or melamine foams are also suitable. In addition to foams, however, any other expandable masses with which the insert can be fastened in the support structure are also suitable. Alternatively, however, it is also possible, for example, to inject the polymer material for use directly into the support structure. However, it is preferred to manufacture the support structure and the insert separately, then insert the insert into the cavity of the support structure and fasten it there.
  • the invention further relates to a method for reinforcing a carrier structure with an insert, which comprises a receiving region for receiving at least one functional element, comprising the following steps:
  • the insert In order to insert the insert into the cavity of the support structure, the insert is generally designed such that a gap remains between the outer wall of the insert and the inner wall of the cavity. As a result, the insert can be easily inserted into the cavity.
  • it is also possible to manufacture the insert for example, with an exact fit. Generally, the manufacture of the insert is separate from the manufacture of the support structure. Subsequently, the already finished insert is inserted into the support structure.
  • the attachment of the insert in the cavity of the support structure is effected by any non-positive or positive, known to those skilled method. Since a stable connection of the insert to the carrier structure is required to increase the strength of the carrier structure, it is preferable to fasten the insert in a form-fitting manner in the carrier structure. This is done, for example, by adhesive methods. Particularly preferably, the insert is adhesively bonded by means of an expandable polymer into the cavity of the support structure.
  • the expandable polymer used is usually a polymer foam. In this case, polymer foams which are specifically activatable so that the foaming reaction can be triggered in a targeted manner are particularly preferred.
  • a foam in addition to the use of a foam, it is also possible, for example, to pour the insert into the cavity of the support structure.
  • the insert is first used and then see a remaining cavity between the support structure and the insert filled by a casting material.
  • Suitable casting compounds here are, for example, customary casting resins which cure to form thermosets. Such are, for example, epoxy resins or phenolic resins. Such casting resins are generally two-component resins.
  • Another alternative means of attachment is the use of a (non-foaming) structural adhesive or body adhesive.
  • the insert is particularly preferably fixed by a polymer foam in the cavity of the support structure. Advantage of using the polymer foam is that it is possible to attach the unfoamed polymer mass to the insert, to insert the insert into the support structure and to begin at any time with the reaction by which the polymer mass expands.
  • the expandable polymer composition is heat-activated. This makes it possible to initiate foaming of the expandable polymer composition, for example by selective introduction of heat.
  • an expandable polymer composition which is heat-activatable it is also possible to use an expandable polymer composition which can be activated in any other manner known to the person skilled in the art.
  • an expandable polymer composition which is activated by infrared radiation or ultraviolet radiation it is also possible to use an expandable polymer composition which is activated by infrared radiation or ultraviolet radiation. In this case, however, it is necessary for the expandable polymer composition to be accessible to the radiation. This is the case, for example, when the support structure has openings in areas in which the insert is positioned.
  • the radiation is introduced via the open side of the cavity in the case of a hollow carrier which has an unclosed cavity.
  • a heat-activatable polymer composition when the cavity is completely closed, it is preferable to use a heat-activatable polymer composition.
  • the support structure is made, for example, of a material permeable to infrared radiation or ultraviolet radiation. In this case, it is also possible to use a corresponding activatable by infrared radiation or ultraviolet radiation expandable polymer composition.
  • the metallic structure is painted and dried after the insert has been introduced, the expandable polymer composition beginning to foam up as a result of the heat introduced during drying.
  • the initiation of the foaming process due to the heat introduced during drying causes the expandable polymer composition to foam up at a defined time.
  • no additional heat source is required for this, so that no further energy has to be expended in order to foam the expandable polymer composition.
  • paint also penetrate into the cavity, so that a coating of the support structure takes place on the inside. This is possible in particular because the insert is not yet fully applied to the support structure, as long as the expandable polymer composition is not yet foamed.
  • the insertion of the insert into the cavity of the carrier structure can be carried out before carrying out a plurality of painting steps before any of the painting steps. So for example, the insertion can take place before a first painting step or, if the first painting step, a second also follows after the first painting step and before the second painting step.
  • a cathodic dip painting of the support structure it is preferable to use the insert only after the cathodic dip painting in the cavity of the support structure.
  • the insert is open and should not be coated from the inside, it is preferable to use the insert only after any dip coating steps.
  • Suitable material for the expandable polymer composition is any expandable polymer composition known to the person skilled in the art. Particularly preferred are polymer foams. Suitable expandable polymer compositions are, for example, polyurethane foams, polyester foams, melamine resin foams or epoxy foams. Particularly preferably, the expandable polymer composition is an epoxy foam.
  • Activatable, expandable polymer compositions are usually present as a two-component system.
  • the activation initiates a chemical reaction in which the resin gels or partially polymerizes. Thereafter, the foaming and curing of the resin is initiated by heat input.
  • the polymer foam can also fulfill other tasks.
  • the polymer foam can also be used for insulation, for example for thermal insulation or noise insulation.
  • the expandable polymer composition has fire-retardant properties. This is achieved, for example, by adding a suitable flame retardant or fire retardant.
  • Suitable flame retardants are, for example, halogenated flame retardants, nitrogen-based flame retardants or organophosphorus flame retardants.
  • inorganic flame retardants can be used. Nitrogen-based flame retardants are, for example, melamine or urea.
  • organophosphorus flame retardants for example, aromatic and aliphatic esters of phosphoric acid are used.
  • Suitable inorganic flame retardants are, for example, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, ammonium sulfate, ammonium phosphate or zinc borates.
  • the polymer foam stores water or water vapor, which can lead to corrosion of the insert or the carrier structure, for example, it is further preferred to equip the polymer foam water vapor-repellent or water-repellent. Any additive known to the person skilled in the art, which acts as a water-repellent or steam-repellent agent, can be used for this purpose.
  • the functional element used in the insert may, after foaming the expandable polymer mass or before foaming the expandable polymer.
  • ren polymer composition can be used.
  • the polymer composition with which the insert is secured in the cavity of the metallic structure is heat-activatable, this is only possible for functional elements which are not sensitive to heat.
  • the insertion of the functional element in the receiving area of the insert must also be done before inserting the insert into the cavity of the metallic structure when the insert is completely closed, so that a later insertion of the functional element is no longer possible. Even if the support structure is closed in the region in which the insert is inserted, so that a later insertion of the functional element is no longer possible, it is necessary to introduce the functional element before inserting the insert into the insert.
  • the functional element only after foaming the expandable polymer mass into the insert.
  • the insertion of the functional element can then take place at any time.
  • the functional element is an ignition unit for an airbag or a belt tensioner, it is preferable to use this only after the foaming of the expandable polymer composition in the insert. If these functional elements are used, otherwise the heating of the support structure in a drying oven during painting could lead to undesired ignition.
  • the support structure is a metallic structure.
  • a material for the metallic structure for example, steels are suitable. The steels can be protected against corrosion, for example by passivation or a zinc coating. In addition to steel, however, any other metal can be used for the support structure.
  • the support structure is made, for example, of a polymer material or a ceramic. When the support structure is made of a polymer material, it is preferable to use a fiber-reinforced polymer material.
  • the support structure is a bodywork for a motor vehicle.
  • FIG. 2 shows a section of an A-pillar with an insert according to the invention
  • Figure 3 shows a detail of a vehicle body with an insert according to the invention in a roof spar.
  • Figure 1 shows a section through an A-pillar according to the invention trained use.
  • An A-pillar 1 comprises a metallic support structure 3.
  • the support structure 3 comprises a first profile 5 and a second profile 7.
  • the first profile 5 and the second profile 7 are preferably made of a metallic material, in particular made of steel.
  • the first profile 5 and the second profile 7 are connected to each other so that a hollow body is formed.
  • an insert 11 is used for reinforcement in a cavity 9 enclosed by the first profile 5 and second profile 7.
  • the insert 1 1 is preferably made of a reinforced polymer material. Particularly preferred is a fiber-reinforced plastic.
  • the fibers used are preferably glass fibers.
  • the attachment of the insert 1 1 in the cavity 9 is preferably carried out with the aid of an expandable polymer material.
  • a polymer foam 13 is generally used as the expandable polymer material. With the polymer foam 13, the cavity 9 between the insert 11 and the first profile 5 or second profile 7 is filled.
  • the polymer foam 13 can also take an additional reinforcing function.
  • the insert 1 1 encloses a receiving area 15, in which a functional element 17 is integrated.
  • the functional element 17 is shown here only schematically.
  • a functional element 17 for example, an ignition unit for an airbag can be used.
  • the insert 11 is not used in the A-pillar 1 but in the B-pillar or in the C-pillar, can be used as a functional element 17, for example, a door lock element, a belt reel, a belt tensioner or a belt attachment.
  • Other functional elements that can be included in the insert 1 for example, door hinges.
  • the insertion of the functional element 17 into the insert 11 can take place, for example, before inserting the insert 11 into the cavity of the carrier structure 3. Alternatively, however, it is also possible for the insert 11 to first be inserted into the cavity 9. is placed and the functional element 17 is inserted at a later date. For this purpose, it is necessary to have an access opening ready, through which the functional element 17 can be inserted into the insert 11.
  • FIG. 2 shows a section of an A-pillar 1 in longitudinal section.
  • the functional element 17, which is shown only schematically can for example have a length which essentially corresponds to the length of the insert 11. Alternatively, however, it is also possible that the functional element 17 is shorter or longer than the insert 11. In particular, when the functional element 17 is shorter than the insert 1 1, it is also possible to use more than one functional element in the insert 11, for example.
  • the insert 11 has substantially constant wall thicknesses
  • the insert 11 has different wall thicknesses as a function of the stress.
  • the insert is provided for example with reinforcing ribs.
  • the reinforcing ribs can be attached outside or inside the insert 11. If the reinforcing ribs are mounted inside the insert 11, then it is necessary for them to leave a sufficient space in order to be able to integrate the functional element 17 in the insert 11. If the reinforcing ribs are attached to the outside of the insert 1 1, it is preferred that they have a length which is dimensioned such that the reinforcing ribs abut the support structure 3.
  • FIG. 3 shows a detail of a vehicle body with an insert according to the invention in a roof spar.
  • the insert 11 is also accommodated in a cavity 9 of the carrier structure 3 here.
  • the insert 11 contains, for example, an airbag module as the functional element 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Einsatz zur Verstärkung einer Trägerstruktur (3), wobei die Trägerstruktur (3) mindestens einen Hohlraum (9) umfasst, in den der Einsatz (11) eingesetzt wird. Der Einsatz umfasst einen Aufnahmebereich (15) zur Aufnahme mindestens eines Funktionselements (17). Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verstärkung einer Trägerstruktur (3) mit einem Einsatz (11), der einen Aufnahmebereich (15) zur Aufnahme mindestens eines Funktionselementes (17) umfasst, bei dem der Einsatz (11) in einen Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3) eingelegt wird, der Einsatz (11) in dem Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3) befestigt wird und das Funktionselement (17) in den Aufnahmebereich (15) des Einsatzes (11) eingesetzt wird.

Description

Einsatz zur Verstärkung einer Trägerstruktur sowie Verfahren zur Versteifung einer Trägerstruktur
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Einsatz zur Verstärkung einer Trägerstruktur, wobei die Trägerstruktur mindestens einen Hohlraum umfasst, in den der Einsatz eingesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verstärkung einer Trägerstruktur.
Eine zusätzliche Verstärkung von Trägerstrukturen ist zum Beispiel dann erforderlich, wenn an die Trägerstrukturen hohe Anforderungen beispielsweise bezüglich deren Festigkeit gestellt werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich bei den Strukturen beispielsweise um tragende Bauteile handelt. So können derartige Strukturen zum Beispiel Rahmenteile einer Fahrzeugkarosserie sein. An diese werden insbe- sondere deshalb hohe Forderungen an die Festigkeit gestellt, damit sich die Karosserie bei einem Unfall nur schwach verformt, um so die Insassen vor Verletzungen zu schützen.
Ein weiteres Bestreben ist es auch, Bauteile mit einem geringeren Gewicht auszufüh- ren, zum Beispiel um so den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Aus DE-A 10 2005 037 688 ist es zum Beispiel bekannt, für den Fahrzeugbau Verbundbauteile aus Metall und Kunststoff einzusetzen. Um eine Verbindung des Kunststoffteils mit dem Metallbauteil zu erzielen, wird das Metallbauteil mit dem Kunststoff beispielsweise umspritzt. Als Alternative zum Umspritzen wird auch Pressen genannt. Eine Vorrichtung, mit der das Umspritzen von Kraftfahrzeugbauteilen erfolgen kann, ist beispielsweise in DE-A 10 2005 014 802 genannt. Hierzu ist an einem Roboterarm ein Werkzeug angesetzt, das um metallische Karosserieteile geschlossen werden kann. Das Werkzeug ist mit einer Plastifiziereinheit verbunden, so dass Kunststoff um das entsprechende Werkzeug mit Hilfe eines Spritzgussprozesses gespritzt werden kann.
Zur Verstärkung von Rahmenelementen, die einen Hohlträger umfassen ist es zum Beispiel aus EP-B 1 265 765 bekannt, eine verstärkte Hülse in den Hohlträger einzusetzen. Die verstärkte Hülse ist im Allgemeinen aus einer Polymerzusammensetzung hergestellt. Die Verbindung des Hohlträgers mit der Hülse erfolgt durch ein Verstärkungsmedium, das im Allgemeinen ein durch Wärme aktivierter Strukturschaum ist. Dieser dehnt sich durch Wärmeeinwirkung aus, so dass die verstärkte Hülse fest im Hohlträger befestigt wird.
EP-B 1 208 276 offenbart ein Verstärkungselement, das mit Streifen aus einem unaus- gehärteten thermisch ausdehnbaren Harz versehen ist. Zur Verstärkung wird das Ver- Stärkungselement in einen Hohlträger eingesetzt und durch Wärmeeinwirkung dehnt sich das Harz der Streifen aus, so dass das Verstärkungselement fest im Hohlträger positioniert ist. Auch in EP-B 1 387 789 ist ein Strukturverstärkungselement offenbart, bei dem auf einem Abschnitt der Oberfläche eines Verstärkungselementes ein expan- dierbares Klebematerial aufgebracht ist.
Ein Verbundkonstruktionselement, bei dem beispielsweise ein Kunststoffbasiskörper, der mit Rippen versehen ist in einem zu verstärkenden Element aus Metall oder einem verstärkten Kunststoff befestigt wird, ist aus US-B 6,421 ,979 bekannt. Die Befestigung erfolgt zum Beispiel durch eine Nietverbindung, durch selbstschneidende Befestigungselemente oder durch Anschmelzen von Kunststoffnieten.
Eine zellulare, wabenförmig oder gerippte Innenstruktur als Verstärkung für ein Hohlelement ist aus EP-B 1 373 055 bekannt. Das Verstärkungselement wird mit einem expandierbaren Klebematerial im Hohlelement befestigt. Um eine gleichmäßige Beabstandung zu erhalten ist das Verstärkungselement an seiner Außenfläche mit Distanzstücken versehen.
Eine verstärkte Kraftfahrzeugstruktur ist aus EP-B 1 324 910 bekannt. Bei dieser wird ein Trägerelement, das durch Spritzgießen aus einem Polymer angefertigt wird in einem Hohlraum angeordnet, der durch eine Vielzahl von Paneelelementen gebildet wird. Zum Abdichten des Trägerelementes mit dem Hohlraum wird ein expandierbares Strukturmaterial eingesetzt. Als expandierbares Strukturmaterial wird ein expandierbares Polymermaterial eingesetzt, das im Allgemeinen bei Berührung klebefrei ist und wärmeaktivierbar ist.
Durch die aus dem Stand der Technik bekannten Verstärkungselemente werden Hohlräume in Fahrzeugkarosserien verschlossen. Aufgrund deren Gestaltung bleibt jedoch im Allgemeinen noch ungenutzter Hohlraum frei. Aufgrund der Gestaltung der Verstär- kung ist es jedoch im Allgemeinen notwendig, wenn zum Beispiel funktionelle Elemente angebracht werden sollen, diese außerhalb der Träger anzubringen, wodurch zusätzlicher Bauraum erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verstärkung von Strukturen bereitzu- stellen, die es ermöglicht, vorhandenen Bauraum auch für weitere Funktionselemente zu nutzen.
Gelöst wird die Aufgabe durch einen Einsatz zur Verstärkung einer Trägerstruktur, wobei die Trägerstruktur mindestens einen Hohlraum umfasst, in den der Einsatz einge- setzt wird und der Einsatz einen Aufnahmebereich zur Aufnahme mindestens eines Funktionselements umfasst. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Einsatzes mit einem Aufnahmebereich zur Aufnahme mindestens eines Funktionselementes ist es möglich, das Funktionselement gemeinsam mit dem Einsatz im Hohlraum der Trägerstuktur unterzubringen. Hierdurch kann Bauraum eingespart werden. Es ist kein zusätzlicher Bauraum für die Montage des Funktionselementes erforderlich. Insbesondere, wenn die Trägerstruktur zum Beispiel eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs ist, kann auf diese Weise zum Beispiel durch Aufnahme des Funktionselementes im Dachholm die Kopffreiheit größer gehalten werden.
Trägerstrukturen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Trägerstrukturen, die einer mechanischen Beanspruchung unterliegen und eine vorgegebene Festigkeit aufweisen müssen. Derartige Strukturen sind insbesondere Karosserien von Kraftfahrzeugen. Weitere Trägerstrukturen können jedoch zum Beispiel auch Gerüste oder Trag- werke, beispielsweise von Bauwerken sein.
Bevorzugt wird der Einsatz zur Verstärkung der Trägerstruktur jedoch in einem Holm einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt. Insbesondere durch den Einsatz in eine A-, B- oder C-Säule oder einen Dachholm kann diese zusätzlich verstärkt werden. Hierdurch ist es zum Beispiel möglich, eine Verformung der Fahrgastzelle der Fahrzeugkarosserie bei einem Unfall zu reduzieren.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Einsatzes zur Verstärkung der metallischen Struktur ist, dass es dieser erlaubt, die Trägerstruktur in einer geringeren Wand- stärke oder mit weniger Versteifungsrippen auszuführen. Auf diese Weise kann das Gewicht der Trägerstruktur reduziert werden. Eine Gewichtsreduktion ergibt sich insbesondere dann, wenn der Einsatz aus einem Polymermaterial gefertigt ist. Eine solche Gewichtseinsparung ist insbesondere auch in Kraftfahrzeugen erwünscht, da sich hierdurch beispielsweise der Kraftstoffverbrauch senken lässt. Jedoch auch in anderen Tragwerken kann eine Gewichtsreduktion gewünscht sein, insbesondere wenn es sich um transportable Trägerwerke handelt, wie dies beispielsweise bei Gerüsten der Fall ist.
Um die erforderliche Festigkeit des Einsatzes zu erhalten, ist das verwendete PoIy- mermaterial vorzugsweise faserverstärkt. Zur Verstärkung kann jede beliebige, dem Fachmann bekannte, zur Verstärkung übliche Faser verwendet werden. Geeignete Fasern sind zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Borfasern, Metallfasern oder Kaliumtitanatfasern. In Abhängigkeit von der Belastung der Trägerstruktur können die Fasern in Form von Kurzfasern oder von Langfasern eingesetzt werden. Auch können die Fasern geordnet oder ungeordnet im Polymermaterial enthalten sein. Insbesondere bei Einsatz von Langfasern ist jedoch eine geordnete Anordnung üblich. Die Fasern können dabei in Form von Einzelfasern, Rovings oder Fasermatten eingesetzt werden.
Wenn die Fasern in Form von Langfasern, als Rovings oder als Fasermatte eingesetzt werden, so werden die Fasern üblicherweise in eine Form eingelegt und anschließend mit dem Polymermaterial umgössen. Der so hergestellte Einsatz kann einlagig oder mehrlagig aufgebaut sein. Bei einem mehrlagigen Aufbau können die Fasern der einzelnen Lagen jeweils gleichgerichtet sein oder die Fasern der einzelnen Lagen sind gegeneinander in einem Winkel von -90° bis +90° zueinander verdreht.
Neben dem Einlegen der Fasern in eine Form und dem Umgießen mit der Polymermasse ist es alternativ jedoch auch möglich, insbesondere bei Einsatz von gerichteten Langfasern, diese durch ein Extrusionswerkzeug zu leiten und mit der Kunststoffmasse während der Extrusion zu ummanteln.
Bei Einsatz von Kurzfasern werden diese üblicherweise der Polymermasse vor dem Aushärten zugemischt. Der Einsatz kann zum Beispiel durch Extrusion, Spritzgießen oder Gießen gefertigt werden. Im Allgemeinen sind die Kurzglasfasern im Einsatz un- gerichtet enthalten. Wenn der Einsatz durch ein Spritzgussverfahren hergestellt wird, kann sich eine Ausrichtung der Kurzfasern durch das Pressen der die Fasern enthaltenden Polymermasse durch eine Anspritzdüse in das Werkzeug ergeben. Ebenso kann sich bei einer Extrusion der Polymermasse eine Ausrichtung der Kurzfasern aufgrund des Pressens durch das Extrusionswerkzeug ergeben.
Als Verstärkungsmittel eignen sich neben Fasern auch beliebige andere Füllstoffe, die dem Fachmann bekannt sind und die steifigkeits- und/oder festigkeitserhöhend wirken. Hierzu zählen unter anderem auch beliebige Partikel ohne Vorzugsrichtung. Derartige Partikel sind im Allgemeinen kugelförmig, plättchenförmig oder zylindrisch. Die tatsächliche Form der Partikel kann dabei von der idealisierten Form abweichen. So können insbesondere kugelförmige Partikel in der Realität zum Beispiel auch tropfenförmig oder abgeflacht sein.
Neben Fasern eingesetzte Verstärkungsmaterialien sind zum Beispiel Graphit, Kreide, Talkum und nanoskalige Füllstoffe.
Zur Herstellung des Einsatzes zur Verstärkung einer Trägerstruktur werden bevorzugt Kurzfasern eingesetzt. Diese weisen vorzugsweise eine mittlere Faserlänge im Bereich von 10 μm bis 100 mm auf. Besonders bevorzugt sind Fasern mit einer mittleren Faserlänge von 0,1 bis 10 mm. Das Polymermaterial, das zur Herstellung des Einsatzes verwendet wird, kann beispielsweise ein Duroplast oder ein Thermoplast sein. Die Auswahl des geeigneten Polymermaterials hängt dabei auch von Herstellungsverfahren für den Einsatz ab. So eignen sich insbesondere für ein Extrusionsverfahren thermoplastische Polymermate- rialien wohingegen duroplastische Polymermaterialien üblicherweise zum Beispiel durch Gießverfahren geformt werden. In Spritzgussverfahren können im Allgemeinen sowohl thermoplastische als auch duroplastische Werkstoffe verarbeitet werden.
Wenn Thermoplaste als Polymermaterial eingesetzt werden, so eignen sich zunächst alle, dem Fachmann bekannten Thermoplaste. Insbesondere eignen sich Thermoplaste, die verstärkt werden können. Üblicherweise eingesetzte Thermoplaste sind zum Beispiel Polyolefine, Polyamide, Polyurethane, Polyester, Polyether, Polyacrylate, Po- lyacetate sowie Polymere aus Vinylgruppen enthaltenden Monomeren.
Im Allgemeinen eingesetzte Polyolefine sind zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen, Polybuten-1 , Polytetrafluorethylen. Als Polyamide eignen sich zum Beispiel Polyamid 6, Polyamid 1 1 , Polyamid 6/6, Polyamid 6/10 oder Polyamid 6/12. Geeignete Polyester sind beispielsweise Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat oder Polycarbo- nat. Üblicherweise eingesetzte Polyacrylate sind beispielsweise Po- ly(meth)acrylsäureester, Polymethacrylat oder Polyacrylnitril. Als Polyacetal wird beispielsweise Polyoxymethylen eingesetzt. Geeignete Polymere, die Monomereinheiten mit Vinyl-Gruppen enthalten, sind zum Beispiel Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polystyrol, Polyvinylcarbazol, Polyvinylacetat oder Polyvinylalkohol. Weitere geeignete Thermoplaste sind Polyethersulfon, Polyetherimid, Acrylbutadienstyrol, Styrolacrylnitril und Acrylester-Styrol-Acrylnitril. Weiterhin können auch Mischungen der vorstehend genannten Polymere oder Copolymerisate aus den zur Bildung der vorstehend genannten Homopolymeren eingesetzten Monomereinheiten eingesetzt werden.
Besonders bevorzugte Thermoplaste sind Polyamide.
Im Allgemeinen eingesetzte Duroplaste sind zum Beispiel Phenolharze, Epoxidharze, Melaminharze, und gesättigte oder ungesättigte Polyesterharze. Bevorzugte duroplastische Werkstoffe sind Sheet Molding Compounds (SMC), BuIk Molding Compounds (BMC) und Polyurethansysteme.
Die eingesetzten Polymermassen können auch weitere Zusatzstoffe enthalten. Dies sind zum Beispiel übliche Weichmacher, Schlagzähmodifizierer, Flammschutzmittel und weitere, dem Fachmann bekannte Additive, die üblicherweise Polymeren zugesetzt werden. Wenn der Einsatz zur Verstärkung der Trägerstruktur in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, so sind Funktionselemente, die in den Aufnahmebereich des Einsatzes eingesetzt werden, zum Beispiel Airbags, Zündeinheiten für Airbags, Gurtstraffer, Gurtrollen, Türschlosselemente, Türbänder, Gurtbefestigung und weitere, dem Fachmann bekannte Funktionselemente, die in Kraftfahrzeugen in die Karosserie montiert werden können.
Funktionselemente in Gerüsten können zum Beispiel Rollen für Flaschenzüge, Knotenpunkte oder Halterungen sein.
Um eine hinreichende Stabilität der Trägerstruktur zu erreichen, ist es notwendig, den Einsatz zur Verstärkung der Trägerstruktur fest in dem mindestens einen Hohlraum zu montieren. Insbesondere ist es notwendig, dass ein Verschieben des Einsatzes nicht mehr möglich ist. Vorzugsweise wird der Einsatz so in dem Hohlraum befestigt, dass dieser fugenfrei an der metallischen Struktur anliegt. Dies kann zum Beispiel dadurch erzielt werden, dass der Einsatz mit einem ausdehnbaren Polymermaterial im Hohlraum der metallischen Struktur befestigt wird. Als ausdehnbares Polymermaterial eignen sich zum Beispiel Schäume. Diese werden vorzugsweise erst nach Einsetzen des Einsatzes in den Hohlraum der Trägerstruktur aufgeschäumt. Hierbei bildet sich ein Schaum aus, der Freiräume zwischen dem Einsatz und der Wandung der Trägerstruktur ausfüllt. Vorzugsweise werden Schäume eingesetzt, die die Festigkeit der metallischen Struktur weiter erhöhen. Dies sind vorzugsweise Schäume, die einen Füllstoff zur Erhöhung der Festigkeit des Schaumes enthalten. Als Füllstoff eignen sich die gleichen Füllstoffe, wie sie auch als Füllstoffe für den Einsatz eingesetzt werden. Schaummassen, die zur Befestigung des Einsatzes in der Trägerstruktur eingesetzt werden, sind vorzugsweise gezielt aktivierbar, um den Zeitpunkt des Aufschäumens steuern zu können. Bevorzugt sind wärmeaktivierbare Schäume. Im Allgemeinen eingesetzt werden hierbei Epoxidschäume. Es eignen sich jedoch auch Polyurethanschäume, Polyesterschäume oder Melaminschäume. Neben Schäumen eignen sich jedoch auch beliebige andere, expandierbare Massen, mit denen der Einsatz in der Trägerstruktur befestigt werden kann. Alternativ ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, das Polymermaterial für den Einsatz direkt in die Trägerstruktur einzuspritzen. Bevorzugt ist es jedoch, die Trägerstruktur und den Einsatz getrennt zu fertigen, den Einsatz anschließend in den Hohlraum der Trägerstruktur einzuschieben und dort zu befestigen.
Wenn der Einsatz passgenau gefertigt wird ist es alternativ auch möglich, den Einsatz mit jedem beliebigen anderen Befestigungsverfahren zu befestigen. So ist es dann zum Beispiel auch möglich, den Einsatz durch Schrauben oder Nieten an der Träger- struktur zu montieren. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Verstärkung einer Trägerstruktur mit einem Einsatz, der ein Aufnahmebereich zur Aufnahme mindestens eines Funktionselementes umfasst, das folgende Schritte umfasst:
(a) Einlegen des Einsatzes in einen Hohlraum der metallischen Trägerstruktur,
(b) Befestigen des Einsatzes in dem Hohlraum der Trägerstruktur,
(c) Einsetzen des Funktionselementes in den Aufnahmebereich des Einsatzes.
Um den Einsatz in den Hohlraum der Trägerstruktur einlegen zu können, wird im Allgemeinen der Einsatz derart ausgebildet, dass zwischen der Außenwandung des Einsatzes und der Innenwandung des Hohlraumes ein Spalt verbleibt. Hierdurch lässt sich der Einsatz leicht in den Hohlraum einschieben. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Einsatz zum Beispiel passgenau zu fertigen. Im Allgemeinen erfolgt die Fertigung des Einsatzes getrennt von der Fertigung der Trägerstruktur. Anschließend wird der bereits fertig geformte Einsatz in die Trägerstruktur eingeschoben. In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren oder ein Gießverfahren den Einsatz direkt in dem Hohlraum der Trägerstruktur zu fertigen. In diesem Fall erfolgt das Einlegen des Einsatzes und das Befestigen des Einsatzes in Schritt (b) in einem Arbeitsgang.
Das Befestigen des Einsatzes in dem Hohlraum der Trägerstruktur erfolgt durch jedes beliebige kraft- oder formschlüssige, dem Fachmann bekannte Verfahren. Da zur Er- höhung der Festigkeit der Trägerstruktur eine stabile Verbindung des Einsatzes mit der Trägerstruktur erforderlich ist, ist es bevorzugt, den Einsatz formschlüssig in der Trägerstruktur zu befestigen. Dies erfolgt zum Beispiel durch Klebeverfahren. Besonders bevorzugt wird der Einsatz mit Hilfe eines expandierbaren Polymers in den Hohlraum der Trägerstruktur verklebt. Als expandierbares Polymer wird üblicherweise ein PoIy- merschaum eingesetzt. Besonders bevorzugt werden hierbei Polymerschäume, die gezielt aktivierbar sind, so dass die Schäumungsreaktion gezielt ausgelöst werden kann. Neben der Verwendung eines Schaumes ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, den Einsatz in den Hohlraum der Trägerstruktur einzugießen. In diesem Fall wird der Einsatz zunächst eingesetzt und anschließend ein verbleibender Hohlraum zwi- sehen der Trägerstruktur und dem Einsatz durch eine Gussmasse aufgefüllt. Als Gießmassen eignen sich hierbei zum Beispiel übliche Gießharze, die zu Duroplasten aushärten. Solche sind zum Beispiel Epoxidharze oder Phenolharze. Derartige Gießharze sind im Allgemeinen Zweikomponentenharze. Eine weitere alternative Möglichkeit zur Befestigung ist Einsatzes ist die Verwendung eines (nichtaufschäumenden) Strukturklebers oder Karosserieklebers. Besonders bevorzugt wird der Einsatz jedoch durch einen Polymerschaum im Hohlraum der Trägerstruktur befestigt. Vorteil der Verwendung des Polymerschaumes ist, dass es möglich ist, die nicht aufgeschäumte Polymermasse an dem Einsatz anzubringen, den Einsatz in die Trägerstruktur einzulegen und zu einem beliebigen Zeitpunkt mit der Reaktion, durch die die Polymermasse expandiert, zu beginnen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die expandierbare Polymermasse wärmeaktivierbar. Dies erlaubt es, zum Beispiel durch gezieltes Wärmeeinbringen, das Aufschäumen der expandierbaren Polymermasse zu initiieren. Neben dem Einsatz einer expandierbaren Polymermasse, die wärmeaktivierbar ist, ist es jedoch auch möglich, eine expandierbare Polymermasse einzusetzen, die auf jede beliebige andere, dem Fachmann bekannte Art aktivierbar ist. So kann zum Beispiel auch eine expandierbare Polymermasse eingesetzt werden, die durch Infrarot-Strahlung oder Ultravio- lett-Strahlung aktiviert wird. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass die expandierbare Polymermasse der Strahlung zugänglich ist. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn die Trägerstruktur in Bereichen, in denen der Einsatz positioniert ist, Durchbrüche aufweist. Auch ist es zum Beispiel möglich, die Strahlung bei einem Hohlträger, der einen nicht verschlossenen Hohlraum aufweist, über die offene Seite des Hohlraums einzubringen. Wenn jedoch der Hohlraum rundum verschlossen ist, ist es bevorzugt, eine wärmeaktivierbare Polymermasse einzusetzen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Trägerstruktur zum Beispiel aus einem für Infrarot-Strahlung oder Ultraviolett- Strahlung durchlässigen Material gefertigt ist. In diesem Fall ist es auch möglich, eine entsprechende durch Infrarot-Strahlung oder Ultraviolett-Strahlung aktivierbare expandierbare Polymermasse einzusetzen.
Beim Einsatz einer wärmeaktivierbaren expandierbaren Polymermasse wird in einer Ausführungsform die metallische Struktur nach dem Einbringen des Einsatzes lackiert und getrocknet, wobei durch die beim Trocknen eingebrachte Wärme die expandierbare Polymermasse beginnt, aufzuschäumen. Durch die Initiierung des Aufschäumvor- ganges aufgrund der beim Trocknen eingebrachten Wärme beginnt die expandierbare Polymermasse zu einem definierten Zeitpunkt aufzuschäumen. Hierfür ist zudem keine zusätzliche Wärmequelle erforderlich, so dass nicht weitere Energie aufgewandt werden muss, um die expandierbare Polymermasse aufzuschäumen. Zudem kann, insbesondere wenn die Lackierung durch ein Tauchverfahren durchgeführt wird, auch Lack in den Hohlraum eindringen, so dass auch eine Beschichtung der Trägerstruktur auf der Innenseite erfolgt. Dies ist insbesondere deshalb möglich, da der Einsatz noch nicht vollflächig an der Trägerstruktur anliegt, solange die expandierbare Polymermasse noch nicht aufgeschäumt ist.
Das Einlegen des Einsatzes in den Hohlraum der Trägerstruktur kann bei Durchführung mehrerer Lackierschritte vor jedem beliebigen der Lackierschritte erfolgen. So kann das Einlegen zum Beispiel vor einem ersten Lackierschritt erfolgen oder, wenn dem ersten Lackierschritt ein zweiter folgt auch nach dem ersten und vor dem zweiten Lackierschritt. Insbesondere wenn eine kathodische Tauchlackierung der Trägerstruktur durchgeführt wird, ist es bevorzugt, den Einsatz erst nach der kathodischen Tauch- lackierung in den Hohlraum der Trägerstruktur einzusetzen. Insbesondere wenn der Einsatz offen ist und nicht von innen beschichtet werden soll, ist es bevorzugt, den Einsatz erst nach gegebenenfalls durchgeführten Tauchlackierschritten einzusetzen.
Als Material für die expandierbare Polymermasse eignet sich jede beliebige, dem Fachmann bekannte expandierbare Polymermasse. Insbesondere bevorzugt sind Polymerschäume. Geeignete expandierbare Polymermassen sind zum Beispiel Polyurethanschäume, Polyesterschäume, Melaminharzschäume oder Epoxidschäume. Besonders bevorzugt ist die expandierbare Polymermasse ein Epoxidschaum.
Aktivierbare, expandierbare Polymermassen liegen üblicherweise als Zweikomponentensystem vor. Durch die Aktivierung wird eine chemische Reaktion in Gang gesetzt, bei der das Harz geliert beziehungsweise teilweise polymerisiert. Danach wird durch Wärmeeintrag die Schaumbildung und Aushärtung des Harzes initiiert.
Neben der Befestigung des Einsatzes in der Trägerstruktur kann der Polymerschaum auch weitere Aufgaben erfüllen. So kann der Polymerschaum zum Beispiel auch zur Isolierung, beispielsweise zur Wärmeisolierung oder zur Geräuschdämmung, dienen. Weiterhin ist es zum Beispiel möglich, dass die expandierbare Polymermasse brandhemmende Eigenschaften aufweist. Dies wird beispielsweise durch Zugabe eines ge- eigneten Flammschutzmittels oder Brandhemmers erzielt. Geeignete Flammschutzmittel sind zum Beispiel halogenierte Flammschutzmittel, stickstoffbasierte Flammschutzmittel oder Organophosphor-Flammschutzmittel. Weiterhin können auch anorganische Flammschutzmittel eingesetzt werden. Stickstoffbasierte Flammschutzmittel sind zum Beispiel Melamin oder Harnstoff. Als Organophosphor-Flammschutzmittel werden zum Beispiel aromatische und aliphatische Ester der Phosphorsäure eingesetzt. Als anorganische Flammschutzmittel eignen sich beispielsweise Aluminiumhydroxid, Magnesiumhydroxid, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat oder Zinkborate.
Um zu vermeiden, dass der Polymerschaum Wasser oder Wasserdampf speichert, der zum Beispiel zu einer Korrosion des Einsatzes oder der Trägerstruktur führen kann, ist es weiterhin bevorzugt, den Polymerschaum wasserdampfabweisend bzw. wasserabweisend auszurüsten. Hierzu kann jeder beliebige, dem Fachmann bekannte Zusatzstoff, der wasserabweisend bzw. wasserdampfabweisend wirkt, eingesetzt werden.
Das Funktionselement, das in den Einsatz eingesetzt wird, kann nach dem Aufschäumen der expandierbaren Polymermasse oder vor dem Aufschäumen der expandierba- ren Polymermasse eingesetzt werden. So ist es zum Beispiel möglich, das Funktionselement zunächst in den Einsatz einzusetzen und danach den Einsatz in den Hohlraum der metallischen Struktur einzulegen. Wenn die Polymermasse, mit der der Einsatz in dem Hohlraum der metallischen Struktur befestigt ist, wärmeaktivierbar ist, ist dies je- doch nur möglich, für Funktionselemente, die nicht wärmeempfindlich sind. Das Einsetzen des Funktionselementes in den Aufnahmebereich des Einsatzes muss zudem dann vor dem Einlegen des Einsatzes in den Hohlraum der metallischen Struktur erfolgen, wenn der Einsatz vollständig verschlossen wird, so dass ein späteres Einsetzen des Funktionselementes nicht mehr möglich ist. Auch wenn die Trägerstruktur in dem Bereich, in dem der Einsatz eingelegt wird verschlossen wird, so dass ein späteres Einsetzen des Funktionselementes nicht mehr möglich ist, ist es erforderlich, das Funktionselement vor dem Einlegen des Einsatzes in den Einsatz einzubringen.
Wenn durch nachfolgende Bearbeitungsschritte eine Schädigung des Funktionsele- mentes auftreten könnte, ist es jedoch bevorzugt, das Funktionselement erst nach dem Aufschäumen der expandierbaren Polymermasse in den Einsatz einzusetzen. Das Einsetzen des Funktionselementes kann dann zu jedem beliebigen Zeitpunkt erfolgen. Um ein Einsetzen des Funktionselementes zu ermöglichen, ist es in diesem Fall jedoch erforderlich, zum Beispiel eine Öffnung freizuhalten, durch die das Funktionselement in den Einsatz eingesetzt werden kann. Insbesondere wenn das Funktionselement eine Zündeinheit für einen Airbag oder ein Gurtstraffer ist, ist es bevorzugt, dieses erst nach dem Aufschäumen der expandierbaren Polymermasse in den Einsatz einzusetzen. Bei Verwendung dieser Funktionselemente könnte sonst das Aufheizen der Trägerstruktur in einem Trocknungsofen bei der Lackierung zum unerwünschten Zünden führen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerstruktur eine metallische Struktur. Als Material für die metallische Struktur eignen sich zum Beispiel Stähle. Die Stähle können zum Beispiel durch Passivierung oder eine Zinkbeschichtung gegen Korrosion geschützt werden. Neben Stahl kann aber auch jedes beliebige andere Me- tall für die Trägerstruktur eingesetzt werden. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Trägerstruktur zum Beispiel aus einem Polymermaterial oder einer Keramik gefertigt ist. Wenn die Trägerstruktur aus einem Polymermaterial gefertigt ist, so wird vorzugsweise ein faserverstärktes Polymermaterial eingesetzt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Trägerstruktur eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft anhand einer A-Säule eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 einen Schnitt durch eine A-Säule mit erfindungsgemäßem Einsatz,
Figur 2 einen Ausschnitt einer A-Säule mit erfindungsgemäßem Einsatz,
Figur 3 einen Ausschnitt aus einer Fahrzeugkarosserie mit einem erfindungsgemäßen Einsatz in einem Dachholm.
Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine A-Säule mit erfindungsgemäß ausgebildetem Einsatz.
Eine A-Säule 1 umfasst eine metallische Trägerstruktur 3. In der hier dargestellten Ausführungsform umfasst die Trägerstruktur 3 ein erstes Profil 5 und ein zweites Pro- fil 7. Das erste Profil 5 und das zweite Profil 7 sind dabei vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Stahl gefertigt. Das erste Profil 5 und das zweite Profil 7 sind so miteinander verbunden, dass ein Hohlkörper entsteht. Zur zusätzlichen Verstärkung der Trägerstruktur 3 ist in einen vom ersten Profil 5 und zweiten Profil 7 umschlossenen Hohlraum 9 ein Einsatz 11 zur Verstärkung eingesetzt. Der Ein- satz 1 1 wird vorzugsweise aus einem verstärkten Polymermaterial gefertigt. Insbesondere bevorzugt ist ein faserverstärkter Kunststoff. Als Fasern werden vorzugsweise Glasfasern eingesetzt. Die Befestigung des Einsatzes 1 1 im Hohlraum 9 erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines expandierbaren Polymermaterials. Als expandierbares Polymermaterial wird im Allgemeinen ein Polymerschaum 13 verwendet. Mit dem Polymer- schäum 13 wird der Hohlraum 9 zwischen dem Einsatz 1 1 und dem ersten Profil 5 bzw. zweiten Profil 7 ausgefüllt. Der Polymerschaum 13 kann dabei zusätzlich auch eine verstärkende Funktion einnehmen. Hierzu ist der Polymerschaum 13 zum Beispiel ebenfalls faserverstärkt.
Der Einsatz 1 1 umschließt einen Aufnahmebereich 15, in den ein Funktionselement 17 integriert ist. Das Funktionselement 17 ist hier nur schematisch dargestellt. Als Funktionselement 17 kann zum Beispiel eine Zündeinheit für ein Airbag eingesetzt werden. Wenn der Einsatz 11 nicht in der A-Säule 1 sondern in der B-Säule oder in der C-Säule eingesetzt ist, kann als Funktionselement 17 zum Beispiel auch ein Türschlosselement, eine Gurtrolle, ein Gurtstraffer oder eine Gurtbefestigung eingesetzt sein. Weitere Funktionselemente, die im Einsatz 1 1 aufgenommen sein können, sind zum Beispiel Türbänder.
Das Einlegen des Funktionselementes 17 in den Einsatz 11 kann zum Beispiel vor dem Einlegen des Einsatzes 11 in den Hohlraum der Trägerstruktur 3 erfolgen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass zunächst der Einsatz 11 in den Hohlraum 9 ein- gelegt wird und das Funktionselement 17 erst zu einem späteren Zeitpunkt eingefügt wird. Hierzu ist es erforderlich, eine Zugangsöffnung bereitzuhalten, durch die das Funktionselement 17 in den Einsatz 11 eingelegt werden kann.
In Figur 2 ist ein Ausschnitt einer A-Säule 1 im Längsschnitt dargestellt. Hierbei ist zu sehen, dass das nur schematisch dargestellte Funktionselement 17 zum Beispiel eine Länge aufweisen kann, die im Wesentlichen der Länge des Einsatzes 1 1 entspricht. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Funktionselement 17 kürzer oder länger als der Einsatz 11 ist. Insbesondere wenn das Funktionselement 17 kürzer als der Einsatz 1 1 ist, ist es auch möglich, beispielsweise mehr als ein Funktionselement in den Einsatz 11 einzusetzen.
Alternativ zu der hier dargestellten Ausführungsform, bei der der Einsatz 11 im Wesentlichen konstante Wandstärken aufweist, ist es auch möglich, dass der Einsatz 11 in Abhängigkeit von der Beanspruchung unterschiedliche Wandstärken aufweist. Weiterhin ist es auch möglich, dass der Einsatz zum Beispiel mit Verstärkungsrippen versehen ist. Die Verstärkungsrippen können dabei außen oder innen am Einsatz 11 angebracht sein. Wenn die Verstärkungsrippen innen im Einsatz 1 1 angebracht sind, so ist es notwendig, dass diese einen hinreichenden Platz freilassen, um das Funktions- element 17 im Einsatz 11 integrieren zu können. Wenn die Verstärkungsrippen außen am Einsatz 1 1 angebracht sind, so ist es bevorzugt, dass diese eine Länge aufweisen, die derart bemessen ist, dass die Verstärkungsrippen an der Trägerstruktur 3 anliegen.
In Figur 3 ist ein Ausschnitt aus einer Fahrzeugkarosserie mit einem erfindungsgemä- ßen Einsatz in einem Dachholm dargestellt. Ebenso wie bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform ist der Einsatz 11 auch hier in einem Hohlraum 9 der Trägerstruktur 3 aufgenommen. Der Einsatz 11 enthält als Funktionselement 17 zum Beispiel ein Air- bagmodul.
Bezugszeichenliste
1 A-Säule
3 Trägerstruktur
5 erstes Profil
7 zweites Profil
9 Hohlraum
1 1 Einsatz
13 Polymerschaum
15 Aufnahmebereich
17 Funktionselement

Claims

Patentansprüche
1. Einsatz zur Verstärkung einer Trägerstruktur (3), wobei die Trägerstruktur (3) mindestens einen Hohlraum (9) umfasst, in den der Einsatz (1 1 ) eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz einen Aufnahmebereich (15) zur Aufnahme mindestens eines Funktionselements (17) umfasst.
2. Einsatz gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1 1 ) in einen Holm einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt wird.
3. Einsatz gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Holm eine A-, B- oder C-Säule oder ein Dachholm ist.
4. Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1 1 ) aus einem Polymermaterial gefertigt ist.
5. Einsatz gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial faserverstärkt ist.
6. Einsatz gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern zur Verstärkung des Polymermaterials Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Borfasern, Metallfasern oder Kaliumtitanatfasern eingesetzt werden.
7. Einsatz gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern eine mittlere Faserlänge von 10 μm bis 100 mm aufweisen.
8. Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymermaterial ein Polyamid ist.
9. Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement ein Airbag, eine Zündeinheit für einen Airbag, ein Gurtstraffer, eine Gurtrolle, ein Türschlosselement, ein Türband oder eine Gurtbefestigung ist.
10. Verfahren zur Verstärkung einer Trägerstruktur (3) mit einem Einsatz (1 1 ), der einen Aufnahmebereich (15) zur Aufnahme mindestens eines Funktionselementes (17) umfasst, folgende Schritte umfassend:
(a) Einlegen des Einsatzes (1 1 ) in einen Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3), (b) Befestigen des Einsatzes (1 1 ) in dem Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3),
(c) Einsetzen des Funktionselementes (17) in den Aufnahmebereich (15) des Einsatzes (1 1 ).
1 1. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (1 1 ) in Schritt (b) mit einem Polymerschaum im Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3) befestigt wird.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3) der Einsatz (1 1 ) und eine expandierbare Polymermasse eingebracht werden und die expandierbare Polymermasse nach dem Einbringen aktiviert wird, wodurch die expandierbare Polymermasse beginnt, aufzuschäumen.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die expandierbare Polymermasse wärmeaktivierbar ist.
14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ex- pandierbare Polymermasse ein Epoxidschaum ist.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (3) nach dem Einbringen des Einsatzes (1 1 ) lackiert und getrocknet wird und durch die beim Trocknen eingebrachte Wärme die expandier- bare Polymermasse beginnt, aufzuschäumen.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (17) nach dem Aufschäumen der expandierbaren Polymermasse in den Einsatz (1 1 ) eingesetzt wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (11 ) in Schritt (b) mit einem Strukturkleber oder Karosseriekleber im Hohlraum (9) der Trägerstruktur (3) befestigt wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (3) eine Karosserie für ein Kraftfahrzeug ist.
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US6482486B1 (en) * 2000-03-14 2002-11-19 L&L Products Heat activated reinforcing sleeve

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